Descargas Atmosféricas – Como e por que proteger sua usina fotovoltaica contra tal fenômeno?

De acordo com estudos do ELAT, grupo de pesquisa sobre raios criado no Brasil e que faz parte do Centro de Ciências do Sistema Terrestre, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), o Brasil está entre os países com maiores índices de descargas atmosféricas registradas em todo o mundo. 

Para comparação, um outro estudo também desenvolvido pelo ELAT identificou que o número de mortes por raios na América Latina é 17 vezes maior do que na Europa e nos Estados Unidos, um número assustadoramente superior. Esse resultado também se dá por conta da carência de infraestrutura de nossas redes elétricas e também telefônicas, que são bem menos desprotegidas do que em países mais desenvolvidos.

Fonte: Portal INPE. http://www.inpe.br/webelat/homepage/

Conhecendo o histórico de descargas atmosféricas em território nacional, e todos os riscos que elas apresentam, nos faz repensar sobre como proteger as instalações fotovoltaicas de tais fenômenos.

As usinas fotovoltaicas normalmente são instaladas em áreas abertas, e muitas das vezes sem qualquer ponto de captação de descargas em construções próximas para a proteção do sistema em si. Sendo assim, a solução para esses casos é desenvolver um sistema de proteção específico para a usina fotovoltaica, a fim de assegurar o bom funcionamento do sistema, e garantir a segurança da vida humana, que é o principal fator em quaisquer os casos.

Como uma usina fotovoltaica pode ser afetada?

Para adentrarmos neste assunto, devemos levar em consideração as diversas formas que uma descarga atmosférica pode afetar uma instalação fotovoltaica. A descarga por si própria pode induzir tensões e correntes por um raio de até 2km de distância em referência (de aspecto não uniforme) do seu ponto de impacto, até sua dissipação total. Isso quer dizer que, durante uma tempestade, uma usina fotovoltaica pode ser atingida diversas vezes, tanto diretamente quanto indiretamente.

Além dos fatores citados acima, temos outras categorias de danos que devemos nos atentar, como por exemplo os surtos de tensões e correntes, que podem acabar afetando as instalações como um geral (incluindo os módulos fotovoltaicos, inversores e componentes em geral), ferimento (ou morte) de trabalhadores  que estejam em áreas expostas da instalação, ou até mesmo impacto direto da descarga na usina.

Representação da propagação de tensões e correntes resultantes de uma descarga atmosférica.

Casos com estes podem gerar danos imediatos nos equipamentos, queimando-os, desligando-os ou até mesmo gerando curtos e causando princípios de incêndio. Sem contar que, em casos de impactos diretos, a deterioração do produto (neste caso, o módulo) ocorre de forma mais acelerada, reduzindo sua vida útil.

Como proteger as usinas das descargas atmosféricas?

O Brasil possui duas normativas que abrangem proteções contra descargas atmosféricas atualmente, e elas devem ser seguidas à risca a fim de proporcionar um projeto eficaz, seguro e confiável. As normativas em vigor são: ABNT NBR 5419:2015 - “Proteção contra descargas atmosféricas” - e a ABNT NBR 16785:2019, “Proteção contra descargas atmosféricas - Sistemas de alerta de tempestades elétricas”. Uma delas apresenta uma ideia geral de proteção, incluindo os equipamentos e estruturas de um sistema, já outra visa de forma mais específica a proteção da vida humana.

O quesito vida humana deve ser priorizada sempre e, em caso de descargas atmosféricas, um sistema de proteção simples não conseguirá atender de forma eficaz. Para isso deve-se implementar medidas de proteção como sirenes e alertas de tempestades para o deslocamento dos mesmos para locais realmente seguros, pois a proteção das pessoas em usinas envolve mais as tensões de passo (corrente de descarga atmosférica que percorre o solo, e pode causar uma diferença de potencial no corpo humano e levar a morte) do que impactos diretos.

Lembrando que ambos as normas devem ser sempre estudadas e aplicadas em conjunto, a fim de complementar-se.

Visando a instalação da usina fotovoltaica em si, e a fim evitar ou amenizar os riscos de perdas de serviço ao público (no caso de fornecimento de energia ao consumidor) e riscos de perdas de valores econômicos (dos proprietários, que vão deixar de fornecer a energia e poderá até mesmo pagar multa por conta de tal falha), deve-se projetar um sistema que vá além dos simples e conhecidos captores e DPS, pois eles não são capazes de garantir a devida proteção contra as descargas atmosféricas. Sendo assim, é inevitável que o investimento em medidas de proteção contra surtos (MPS) sejam grandes, porém necessários.

Usina fotovoltaica com estrutura dos arranjos conectadas à malha de aterramento.
Fonte: CLAMPER - Guia de Sistemas Fotovoltaicos.
https://clamper.com.br/wp-content/uploads/2017/06/MKT_012015_Guia_Sistemas-Fotovoltaicos_DIGITAL.pdf

Em seu projeto inicial, deve ser analisado todos os quesitos possíveis que possa reduzir as influências das descargas atmosféricas e principalmente as sobretensões transitórias que as mesmas podem causar. Avalie desde o desenho dos cabos, posição dos eletrodos de aterramento e até mesmo o uso das próprias estruturas de fixação como blindagens indiretas, criando um vínculo entre os captores e os pilares aterrados, tudo para maximizar os métodos de proteção do seu sistema.

Captor de descarga atmosférica acoplada a estrutura de fixação – blindagem indireta.
Fonte: Lambda Consultoria.
https://universolambda.com.br/a-norma-abnt-nbr-54192015-aplicada-aos-sistemas-fotovoltaicos/

Em contrapartida, visando a geração e eficiência do sistema como um todo, um ponto interessante e necessário a se avaliar em projeto é em relação ao sombreamento que as hastes de captação e descargas atmosféricas podem causar nos módulos fotovoltaicos. A análise deve der feita de forma cautelosa, buscando um melhor rendimento e eficiência do sistema evitando ao máximo qualquer incidência de sombra que possa causar.

Usina Fotovoltaica com instalação e hastes captoras de descargas atmosféricas. Fonte: Canal Solar

Conclusão

Vocês já conheciam todas as formas, e os riscos que uma descarga atmosférica poderia causar em um sistema fotovoltaico? Sabiam da importância de um sistema de proteção adequado para cada instalação, incluindo no caso de descargas indiretas?

Este breve artigo teve como objetivo demonstrar a importância se de instalar um sistema de proteção contra descargas atmosféricas que seja eficaz e confiável, e apesar se ainda estarmos “engatinhando” em busca de soluções para tais fenômenos, existem métodos já conhecidos e que devem com certeza ser colocado em prática. Afinal, segurança nunca é demais. Ela é além de tudo, ela é necessária!

Autor: Vinícius César de Campos – Engenheiro Eletricista