Geração Distribuída Histórico e Fundamentos Prof. Renato

Geração Distribuída

Histórico e Fundamentos

Prof. Renato Archanjo

Desde a Pré História, o homem tem usado a inteligência para criar mecanismos quereduzam o esforço e aumentem seu conforto.

História

Fonte: Eletrobrás

✓ Ferramentas para caça e pesca;✓ Vestimentas para se proteger;✓ Fogo para se proteger e assar sua caça;✓ A roda e outras técnicas.

A energia elétrica é capaz de fazer funcionar o rádio, atelevisão, o telefone, o computador, as máquinas e motores elétricos.

Energia Elétrica

Fonte: https://portogente.com.br/Fonte: https://marsemfim.com.br/

Fontes de Geração

Geração Hidrelétrica 65,2 % da matriz elétrica brasileira

Fonte: https://pt.wikipedia.org/

Itaipu é a maior usina hidrelétrica do

Brasil, possuindo 20 unidades

geradoras e potência nominal de

700 MW cada totalizando 14 GW.

Fonte: Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2021http://www.epe.gov.br/

https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-160/topico-168/Anu%C3%A1rio_2021.pdf

Fonte: BEN2021

Matriz Elétrica Brasileira

ENERGIA SOLAR

Geração FotovoltaicaÉ aquela ao qual utiliza painéis fotovoltaicos para absorver a energia do sol e

transforma esta luz diretamente em energia elétrica, através de um mecanismoconhecido como efeito fotoelétrico.

Geração Fotovoltaica

Sustentabilidade (Não emite gases de efeito estufa);

Economia (o consumidor pode economizar até 90% da sua conta de energiaelétrica);

Durabilidade (os fabricantes estimam a vida útil dos painéis de até 30 anos);

Fonte: https://www.energyinfinity.com.br/

Vantagens


Vantagens

Valorização do imóvel

Segundo dados divulgados pela revista STAND no primeiro trimestre de2014, a ONG Green Building Council (GBC) Brasil afirma que um imóvelsustentável certificado, seja residencial ou comercial, pode valorizar em até30%.

Fonte: https://www.portalsolar.com.br/


Vantagens

Excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação empequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.

Fonte: https://www.em.com.br/

https://www.em.com.br/


As unidades de geração fotovoltaica

necessitam de pouca manutenção,

basicamente uma limpeza simples.

Fonte: https://www.portalsolar.com.br/

Vantagens


Evolução do Custo de Produção da Energia Solar.

Fonte: https://www.lcv.fee.unicamp.br/

Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que ocusto dos mesmos vem decaindo. Isto torna cada vez mais a energia solaruma solução economicamente viável.

Vantagens

Potencial de Geração Solar no Mundo

Potencial de Geração Solar

Fonte:

GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)

A Geração Distribuída (GD) é uma expressão usada para designar ageração elétrica realizada junto ou próxima do(s) consumidor(es)independente da potência, tecnologia e fonte de energia.

Fonte: Absolar

• Pequenas Usinas Fotovoltaicas (UFV);

• Pequenas Usinas Termoelétricas (UTE);

• Pequenas Usinas Eólicas (EOL);

• Pequenas Centrais de Geração Hidrelétricas (CGH).


As tecnologias de GD têm evoluído para incluir potências cada vezmenores e temos as seguintes formas de geração distribuída:


A Geração Distribuída (GD) pode contribuir de forma significava para arecuperação econômica do Brasil, pois além de gerar empregos de formadireta e indireta ela tem mais as seguintes vantagens:

❖ Diminui a perdas das redes de distribuição;❖ Melhora os níveis de tensão da rede;❖ Ajuda a preservar os níveis de água dos reservatórios;❖ Evita a necessidade de investimentos pelo governo em geração;❖ Sua instalação é rápida e o retorno de investimento também.

No gráfico vemos que do total de 7.044,2 MW instalados de GD no Brasil a

fotovoltaica é responsável por 6.856,4 MW, ou seja 97% do total, demonstrando sua

superioridade em relação as demais fontes.

http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Fonte.aspFonte: Aneel 12/09/21


http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Fonte.asp

EVOLUÇÃO DAS INSTALAÇÕES FOTOVOLTAICAS NO BRASIL

Fonte: http://www2.aneel.gov.br 19/09/2021

http://www2.aneel.gov.br/


GD Fotovoltaica total instalada = 6,8 GW (49% da pot. instalada de Itaipu).

Só em 2020 nos telhados construiu-se 2,6 GW, o equivalente a 3,8 turbinas de Itaipu.

Itaipu tem 20 turbinas de 0,7 GW = 14 GW

Fonte: https://pt.wikipedia.org/


O desenvolvimento do mercado FV no Brasil é muito intenso.

Fonte: Aneel 12/09/21

5 6 52 296 1.431 6.69113.919

35.700

122.628

210.489 211.373

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

Evolução do Nº de Usinas FV Instaladas

http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Classe.asp



Distribuição da GD por Classe de Consumo (%)

http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Fonte.asp

Geração Fotovoltaica nos Estados

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

MG SP RS MT RJ PR GO BA SC MS CE PA PE MA PI RN ES PB TO RO AL DF SE AM AC AP RR

Nº de Unidades Geradoras por Estado

286.028 ( 48%)


Sistema Isolado

Sistema Isolado (Off-gride)

São aqueles sistemas autônomos normalmente utilizado em locaisremotos, independentes da rede de distribuição de energia elétrica, que sesustentam através de baterias, que são seus dispositivos de armazenamento.

Fonte: https://www.neosolar.com.br/


Funcionamento

Fonte: http://www.bmcenergia.com.br/

Sistema Isolado

Fonte: https://www.em.com.br/


Utilizado em comunidades afastadas.

Sistema Isolado

https://www.em.com.br/

Fonte: https://www.ocaenergia.com/


Utilizados em rodovias para alimentar: radares,sinalização, telefonia, etc.

Sistema Isolado

Sistema On-grid

Fonte: http://www.solarbrasil.com.br/

Sistema On-grid:Também conhecido como grid-tie ou conectado à rede, precisa da existência

da rede elétrica local para funcionamento, tendo a produção de energiaentregue diretamente a ela.

Fonte: http://www.solarbrasil.com.br/Energia Consumida

Energia GeradaEnergia Injetada

Sistema On-grid:

Energia Consumida

Sistema On-grid

Instalações elétricas fotovoltaicas prediais conforme a norma ABNT

NBR 16690 – parte 1

Prof. Maurício de Sousa Lima

4.3.3 Esquema de arranjo fotovoltaico com apenas única série fotovoltaica

AC

Módulo fotovoltaico Série fotovoltaica

Dispositivo interruptor seccionador do

arranjo fotovoltaico

Dispositivo interruptor seccionador do

arranjo fotovoltaico

DPS

Caixa de junção

Arranjo fotovoltaico

Cabos do arranjo fotovoltaico

UCP

4.3.3 Esquema de arranjo fotovoltaico com UCP com múltiplas entradas em corrente contínua com SPMP (Segmento do Ponto de Máxima Potência) Individuas.

Figura 5 – ABNT NBR 16690:2019

UCP com múltiplas entradas em corrente contínua com

SPMP individuais

Dispositivo interruptor seccionador do arranjo fotovoltaico

Setor = 2

Dispositivo de proteção contra sobrecorrente do subarranjo

fotovoltaico (ver 5.3)Para outros

setores

Setor = 1

Entrada c.c.1 SPMP 1

Entrada c.c.2 SPMP 2

Entrada c.c.NSPMP N

Legendaelementos que não são necessários em todos os casos

encapsulamentolimites do sistema ou subsistema

4.3.7 Baterias em sistemas fotovoltaicos

Baterias em sistemas fotovoltaicos podem ser uma fonte de altas correntes de falta e devem possuir proteção contra sobrecorrente. A localização do dispositivo de proteção contra sobrecorrente em sistemas fotovoltaicos com bateria geralmente é entre a bateria e o controlador de carga e tão perto quanto possível da bateria.

A proteção contra sobrecorrente deve ser instalada em todos os condutores vivos não aterrados.

Lítio

OPzSOPzV

Chumbo ácido

CC

CA

CONSUMO

PROTEÇÃO CA

PROTEÇÃO CC

PROTEÇÃO CC

BATERIAS

MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

INVERSORCONTROLADOR

DE CARGA

b) Detecção de falta à terra e interrupção da falta podem ser necessárias como parte das funções do sistema de proteção, dependendo do tamanho do arranjo e da localização de falta, para eliminar o risco de incêndio.

+-

4.3.8 Considerações em relação a possíveis condições de falta em um arranjo fotovoltaico

4.3.9 Considerações em relação à temperatura

Os seguintes requisitos do projeto elétrico do arranjo fotovoltaico derivam desta característica operacional das células fotovoltaicas:

a) Todos os componentes e equipamentos que possam ficar em contato direto ou próximos do arranjo fotovoltaico (condutores, inversores, conectores etc.) devem ser capazes à temperatura máxima de operação do arranjo fotovoltaico;

4.3.9 Considerações em relação à temperatura

b) Deve-se considerar o aumento da tensão gerada por células fotovoltaicas devido a diminuição da temperatura de célula.

TENSÃO (V)

CO

RR

ENTE

(A

)

MÁXIMA POTÊNCIA

5.6 Seccionamento e comando

5.6 Seccionamento e comando

Os requisitos especificados na ABNT NBR 5410:2004, 5.6, se aplicam

5.6.1 Esta subseção trata de medidas de seccionamento e comando não-automático, local ou à distância, destinadas a evitar ou eliminar perigos com as instalações elétricas ou com equipamentos e máquinas por elas alimentadas.

5.6.3 Seccionamento

5.6.3.1 Todos os condutores vivos, em todos os circuitos, devem poder ser seccionados, com exceção daqueles especificados em 5.6.2.2 (não seccionar dispositivo de proteção). Um conjunto de circuitos pode compartilhar um dispositivo de seccionamento comum, que pode ser ou não adicional aos meios de seccionamento de que cada circuito for individualmente provido, desde que as condições de serviço permitam o seccionamento comum.

UCP

Série fotovoltaica

Módulo fotovoltaico

Cabo do arranjo fotovoltaico


Dispositivo interruptor

seccionador do arranjo fotovoltaico

Dispositivo de proteção contra sobrecorrente do arranjo

fotovoltaico (ver 5.3)

+

-

Figura 2 – ABNT NBR 16690:2019

5.7.1 Generalidades

Medidas de proteção devem ser aplicadas em função da:

• Presença ou não de pelo menos separação galvânica no interior das UCP ou externamente, na instalação em corrente alternada;

5.7 Proteção contra os efeitos de falhas de isolação

UCP sem

isolação

galvânica

REDE


• Presença ou não de aterramento funcional em qualquer um dos polos em corrente continua.

UCP com

isolação

galvânica

REDEArranjo fotovoltaico

5.7.3.1.1 Detecção da resistência de isolamento do arranjo fotovoltaico

Potência do arranjo fotovoltaico conectado à UCPKW

R mínimoKΩ

≤ 20 30

> 20 e ≤ 30 20

> 30 e ≤ 50 15

> 50 e ≤ 100 10

> 100 e ≤ 200 7

> 200 e ≤ 400 4

> 400 e ≤ 500 2

≥ 500 1

NOTA: Recomenda-se que o valor mínimo de detecção de resistência de isolamento, sempre que possível, seja fixado em valores maiores que os valores mínimos especificados nesta Tabela. Um valor mais alto aumenta a segurança do sistema, detectando possíveis falhas antecipadamente.

Tabela 3 – Valores mínimos de resistência de isolamento para detecção de baixa isolação

6.5 Outros componentes6.5.1 Módulos fotovoltaicos

6.5.1.1 Condições de operação e influências externas

Conforme IEC 61215 e suas partes (requisitos e procedimentos de testes que devem ser feitos para qualificação e aprovação do projeto do módulo fotovoltaico)

6.5.1.2 Classe de equipamentos

Conforme a IEC 61730 -1 e 2 (requisitos de construção e a sequência de testes que devem ser atendidos para qualificação de segurança dos módulos fotovoltaicos.

6.5.2 Arranjos fotovoltaico e caixas de junção

6.5.2.1 Efeitos ambientais

6.5.2.2 Localização das caixas de junção do arranjo fotovoltaico e das séries

fotovoltaicas

6.5.3 Diodos de desvio

6.5.4 Diodo de bloqueio

Anexo C

I I I

Anexo C(Informativo)

Diodo de bloqueio

C.3 Exemplos do uso de diodos de bloqueio em situações de falta

C.3.2 Curto-circuito em série fotovoltaica

Figura C.1 – Efeito do diodo de bloqueio durante curto-circuito em uma série fotovoltaica

x

x

+

-

+

-

x

x

10 – Marcações e documentação

10.1 Marcação dos equipamentos

ANEXO A – Exemplos de sinalizações

FV

Figura A.2 – Exemplo de sinalização para a identificação da existência de

sistema fotovoltaico em uma edificação

10.2 Requisitos para sinalização

10.3 Identificação de instalação fotovoltaica

10.4 Rotulagem das caixas de junção

10.5 Rotulagem de dispositivos interruptores-seccionadores

10.6 Documentação

Conforme ABNT NBR 16274.

Anexo D(Informativo)

Detecção e interrupção de arcos elétricos em arranjos fotovoltaicos

Arcos para a terra

Arcos em paralelo

Arcos em série

Figura D.1 – Exemplos de tipos de arcos elétricos em arranjos fotovoltaicos

• É o mais provável de acontecer• Conexão defeituosa;• Interrupção de cabeamento• São interrompidos rapidamente desligando o arranjo fotovoltaico• Se não forem interrompidos rapidamente, podem propagar e envolver

condutores adjacentes e produzir arcos em paralelo.

• Curto-circuito parcial entre cabos adjacentes com diferentes potenciais elétricos

• É o caso mais grave, devido à quantidade de energia disponível para alimentá-lo.

• Exigência de cabos com isolação dupla

• Falha de isolamento

UL 1699B – Proteção de circuito de arco fotovoltaico (PV) DC

AFCI – “arc fault circuitinterrupter”(Interrupto de falhas por arco.)

Instalações elétricas fotovoltaicas prediais conforme a norma ABNT

NBR 16690 – parte 2

Prof. Hilton Moreno

Cabo para instalação fotovoltaica

• cabo da série fotovoltaica: cabo que interliga os módulos fotovoltaicos em uma série fotovoltaica, ou

que conecta a série fotovoltaica a uma caixa de junção.

• cabo do arranjo fotovoltaico: cabo de saída de um arranjo fotovoltaico que transporta a corrente de

saída total do arranjo fotovoltaico.

Exemplo de cabo NBR 16612

NBR 16690 - 6.2 Requisitos de instalação de cabos

Para evitar confusão entre linhas em corrente

alternada e corrente contínua dentro de uma

instalação, bem como evitar riscos de faltas

entre linhas de alimentações distintas, as

linhas em corrente contínua e em corrente

alternada devem ser separadas. Além disso, os

diferentes tipos de circuitos em corrente

alternada e contínua devem ser claramente

identificados, por exemplo, pelo uso de

etiquetas ou condutores com cores diferentes.

INVERSOR

LINHA C.A.LINHA C.C.


Para reduzir a magnitude de sobretensões induzidas por descargas atmosféricas, os condutores do arranjo fotovoltaico devem ser dispostos de tal maneira que a área de laços de condutores seja mínima.

+

-

+

-

+

-

+

-

UCP

UCP


Para reduzir a magnitude de sobretensões induzidas por descargas atmosféricas, os condutores do arranjo fotovoltaico devem ser dispostos de tal maneira que a área de laços de condutores seja mínima.


Todas as conexões dos cabos

devem ser verificadas quanto

ao torque mínimo e

polaridade durante a

instalação para reduzir o

risco de faltas e possíveis

arcos durante o

comissionamento, operação e

manutenção futura. Este

requisito é atendido com o

emprego de conectores e

ferramentas específicas para

sistemas fotovoltaicos,

aplicados por mão de obra

qualificada.

NBR 16612 – Capacidade de condução de corrente

Seção

Instalação ao Ar Livre Protegida do Sol Instalação ao Ar Livre Exposta ao Sol

Modo de Instalação: Modo de Instalação:

mm2 1 2 3 4 1 2 3 4

1,5 26 26 30 26 23 22 27 23

2,5 35 35 40 35 31 30 36 31

4 47 46 53 47 41 40 48 41

6 60 59 68 60 51 51 61 52

10 83 82 95 84 71 71 85 73

16 110 110 125 113 93 93 112 97

Tabela C.2 – Capacidade de condução de corrente para cabos instalados em temperatura

ambiente de 30oC e temperatura no condutor em regime permanente de 90ºC

Modo 1: dois cabos unipolares encostados um ao outro, na horizontal

Modo 2: dois cabos unipolares encostados um ao outro, na vertical

Modo 3: dois cabos unipolares espaçados de, pelo menos, 0,75 x diâmetro externo, na horizontal

Modo 4: dois cabos unipolares espaçados de, pelo menos, um diâmetro externo, na vertical

IB = 14,3 A

1,5 mm2

NBR 16690 – Queda de tensão

6.4.1.1 Eletrodo de aterramento

Os requisitos especificados na ABNT NBR 5410:2004,

6.4.1.1, se aplicam.

NBR 16690 - 6.4.1 Aterramento e equipotencialização

a) preferencialmente, uso das próprias armaduras do concreto das fundações

NBR 5410: Eletrodo de aterramento

b) uso de fitas, barras ou cabos

metálicos, especialmente

previstos, imersos no concreto

das fundações, formando um

anel em todo o perímetro da

edificação.

A fita, barra ou cabo deve ser

envolvido por uma camada de

concreto de no mínimo 5 cm de

espessura, a uma profundidade

de no mínimo 0,5 m.


c) uso de malhas

metálicas enterradas,

no nível das

fundações, cobrindo a

área da edificação e

complementadas,

quando necessário,

por hastes verticais

e/ou cabos dispostos

radialmente ) pés-de galinha);


d) no mínimo, uso de anel

metálico enterrado (min.

0,5 m), circundando o

perímetro da edificação e

complementado,

quando necessário, por

hastes verticais e/ou

cabos dispostos

radialmente (pés-de-galinha).


NOTA: Outras soluções de aterramento

são admitidas em instalações

temporárias; em instalações em áreas

descobertas, como em pátios e jardins;

em locais de acampamento, marinas e

instalações análogas; e na reforma de

instalações de edificações existentes,

quando a adoção de qualquer das opções indicadas em 6.4.1.1.1 for impraticável.

6.4.1.1.4 Não se admite o uso de canalizações metálicas

de água nem de outras utilidades como eletrodo de aterramento...



MÓDULO FV

(STRINGS)

CAIXA DE

JUNÇÃO

UCP

BEP

BEL

Eletrodo de aterramento único

(5410-5419-16690-14039-SKY-NET-VIVO-ETC.

NBR 16690 - 6.4.1 Aterramento e equipotencialização

5.3.9 Proteção contra sobrecorrente em séries fotovoltaicas

= proteção contra corrente reversa

Fonte: Canal Solar

5.3.8 - NOTA 3 Devido à limitação natural da corrente dos

módulos fotovoltaicos, os valores das correntes de sobrecarga e

de curto-circuito são próximos, e a sobrecorrente máxima é igual

à soma das correntes de curto-circuito das séries fotovoltaicas

em paralelo. Esta corrente normalmente não é muito superior à

corrente de operação das séries fotovoltaicas.

5.3.10 Proteção contra

sobrecorrente em subarranjos

fotovoltaicos

Deve ser fornecida proteção contra

sobrecorrentes para subarranjos

fotovoltaicos se mais de dois

subarranjos fotovoltaicos estiverem

ligados a uma única UCP.

5.4 Proteção contra sobretensões e perturbações

eletromagnéticas

Os requisitos de proteção contra sobretensões e perturbações

eletromagnéticas especificados na ABNT NBR 5410:2004, 5.4,

devem ser substituídos pelos requisitos desta subseção.

5.4.1 Generalidades

Esta subseção trata da proteção de arranjos fotovoltaicos contra

sobretensões induzidas por descargas atmosféricas indiretas.

Para a avaliação e o dimensionamento da proteção contra

descargas atmosféricas, a série ABNT NBR 5419 deve ser

consultada.

Se a edificação já possui proteção contra descargas atmosféricas

instalada, o sistema fotovoltaico deve ser integrado, conforme o

caso, de acordo com a série ABNT NBR 5419.

Disciplina: Proteção de instalações fotovoltaicas contra descargas atmosféricas / Prof. Hélio Sueta

Proteção contra

choques elétricos

5.1.1.1 Princípio fundamental

Partes vivas não devem estar acessíveis

(isolação básica, barreira, invólucro)

+

Massas (carcaças condutoras) não devem oferecer perigo de choque

• 5.1.2.2 Equipotencialização + Seccionamento automático

• 5.1.2.3 Isolação classe II

• 5.1.2.5 SELV e PELV

PROTEÇÃO BÁSICA (CONTATO DIRETO)

PROTEÇÃO SUPLETIVA (CONTATO INDIRETO)

5.1.1 Introdução

Os requisitos especificados

na ABNT NBR 5410:2004, 5.1.1, se aplicam.

5.1 Proteção contra

choques elétricos

5.1.2.3 Isolação dupla ou reforçada

Aplicam-se os requisitos especificados na ABNT NBR 5410:2004, 5.1.2.3, com o

seguinte complemento:

− componentes do lado em corrente contínua de sistemas fotovoltaicos, como,

por exemplo, módulos fotovoltaicos, caixas de junção, quadros de distribuição

e condutores, até os terminais em corrente contínua do inversor, devem

possuir isolação dupla ou reforçada (classe II).

NBR 16690 – 7 Verificação final

Para a verificação final da

instalação fotovoltaica,

devem ser aplicados os

requisitos especificados na

ABNT NBR 5410 adicionados

aos requisitos da norma

ABNT NBR 16274.

NBR 16690 – 8 ManutençãoDeve ser inspecionado o estado da isolação dos condutores e de seus elementos de conexão, fixação

e suporte, com vista a detectar sinais de aquecimento excessivo, rachaduras e ressecamentos,

verificando-se também se a fixação, identificação e limpeza se encontram em boas condições.

NBR 16690 – 8 Manutenção

Deve ser inspecionado o estado

da isolação dos condutores e de

seus elementos de conexão,

fixação e suporte, com vista a

detectar sinais de aquecimento

excessivo, rachaduras e

ressecamentos, verificando-se

também se a fixação,

identificação e limpeza se

encontram em boas condições.

Ninho de esquilo sob estrutura de fixação dos módulos

Proteção de instalações fotovoltaicas contra descargas atmosféricas

Prof. Hélio Sueta

PV Seminar: Damagesource: Bayerischer Versicherungsverband 2014

PV Seminar DEHN: Damage

F

PV-Seminar DEHN: Normen

FONTE: LIVRO DEHN

Acoplamento Galvanico

Acoplamento Indutivo

GJB: Generator Junction Box; M: Meter;MEB: Main Earthing Busbar;SEB: Service Entrance Box

SEB

M M

MEB

GJB

230/400 V

MATERIAL DEHN 20.02.17 / 1500_E_6

•

Material livro DEHN

•

Material livro DEHN

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Geração Distribuída Histórico e Fundamentos Prof. Renato