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Equipamentos básicos para o comissionamento de sistemas FV

Entenda o que é comissionamento e quais instrumentos são necessários para realizá-lo

Autor: 23 de setembro de 2020maio 17th, 2021Artigos técnicos
Equipamentos básicos para o comissionamento de sistemas FV

Recebi a seguinte consulta de um amigo: “Tenho um pedido de orçamento para comissionar 7 usinas no Nordeste. São usinas de 100 a 500 kWp. Como eu nunca fiz o comissionamento, teria como você me orientar? Para fazer a relação de testes da categoria 1, quais equipamentos eu preciso?”. Este é um assunto de suma importância! Quantos profissionais, pequenos e médios integradores ou instaladores, têm a mesma dúvida? Muitos profissionais do mercado solar nunca comissionaram um sistema fotovoltaico, não sabem como fazer isso ou simplesmente não sabem o que é isso. É mais simples do que parece. Vou explicar. Mas, antes de prosseguir, quero deixar muito clara esta mensagem: você não precisa de equipamentos caros para comissionar um sistema fotovoltaico. Você não precisa de um sofisticado testador de painéis solares ou um caríssimo traçador de curvas. Você precisará apenas de alguns instrumentos básicos que eu vou te mostrar neste artigo.

O que é comissionamento?

Segundo a Wikipedia: “Comissionamento é o processo de assegurar que os sistemas e componentes de uma edificação ou unidade industrial estejam projetados, instalados, testados, operados e mantidos de acordo com as necessidades e requisitos operacionais do proprietário”. O comissionamento pode ser aplicado tanto a novos empreendimentos quanto a unidades e sistemas existentes em processo de expansão, modernização ou ajuste. Na prática, o processo de comissionamento consiste na aplicação integrada de um conjunto de técnicas e procedimentos de engenharia para verificar, inspecionar e testar cada componente físico do empreendimento, desde os individuais, como peças, instrumentos e equipamentos, até os mais complexos, como módulos, subsistemas e sistemas.” Em resumo, agora nas minhas palavras, podemos dizer que comissionar um sistema é realizar um conjunto de testes e procedimentos que assegurem a correta construção e a integridade dos componentes e dos sistemas de uma obra de engenharia. A Wikipedia vai além: “As atividades de comissionamento, no seu sentido mais amplo, são aplicáveis a todas as fases do empreendimento, desde o projeto básico e detalhado, o suprimento e o diligenciamento, a construção e a montagem, até a entrega da unidade ao cliente final, passando, muitas vezes, por uma fase de operação assistida.” O que se quis dizer no último parágrafo, em interpretação minha, é que não precisamos esperar uma obra ser concluída para fazer o comissionamento. O comissionamento pode começar na fase do projeto. Um projeto mal feito vai resultar uma obra mal feita, fora de padrões. Por que não cortar o mal pela raiz? E depois do projeto, por que esperar a conclusão da obra, se podemos verificar os trabalhos conforme eles vão acontecendo? O comissionamento pode ser feito passo a passo, acompanhando-se cada etapa da execução de uma obra. Tudo o que falamos acima aplica-se aos projetos fotovoltaicos. Eu sempre costumo dizer que um projeto fotovoltaico é um projeto de engenharia. Estou errado? Creio que não. Sistemas fotovoltaicos deveriam ser projetados, montados e comissionados sob a orientação de engenheiros e técnicos qualificados. Infelizmente a realidade do mercado brasileiro é diferente e muito complexa. Muitos amadores, pessoas que já faziam coisas erradas em outras áreas, aventuram-se na venda e na instalação de sistemas fotovoltaicos – muitas vezes sem projeto, sem conhecimento, sem ferramentas e obviamente sem comissionamento. O comissionamento dos sistemas fotovoltaicos poderia evitar muitos dos problemas encontrados nas instalações brasileiras, em qualquer parte do país: instalações elétricas fora de norma, projetos errados, circuitos e inversores incendiados, baixo desempenho na geração, módulos danificados, módulos levados pelo vento, telhados ruídos e toda sorte de complicações.

Norma NBR 16274

A norma brasileira NBR 16274: Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho inicialmente determina que todo sistema fotovoltaico deve estar acompanhado de uma documentação mínima (item 4 da norma) com informações básicas do sistema, informações do projetista do sistema, informações sobre o instalador, diagramas e projetos elétricos, folhas de dados dos componentes, projeto mecânico e instruções de operação e manutenção. Se um projeto fotovoltaico se apresenta com toda a documentação listada acima, é grande a chance de sucesso das etapas de inspeção e dos ensaios elétricos. Na ausência dessa documentação, o profissional que realizada o comissionamento deve estar atento a todas as possíveis e imagináveis falhas construtivas, mecânicas ou elétricas, que podem ser encontradas. Não é preciso dizer que o profissional de comissionamento deve ser adequadamente capacitado e preferencialmente isento, sem vínculos com o profissional ou a empresa que projetou ou executou o sistema fotovoltaico. Após a avaliação da documentação a norma NBR 16274 orienta sobre as inspeções técnicas e os ensaios elétricos de avaliação de desempenho, que são divididos em duas categorias, além do grupo dos ensaios adicionais:

  • Regime de ensaio de categoria 1 (item 5.3.2.1 da norma):

“Um regime de ensaio categoria 1 é a sequência mínima de ensaios que deve ser aplicada a todos os sistemas, independentemente da escala, do tipo, da localização ou da complexidade.”

  • Regime de ensaio de categoria 2 (item 5.3.2.2 da norma)

“Um regime de ensaio categoria 2 se destina a sistemas maiores ou mais complexos. Todos os ensaios do regime de ensaio categoria 1 devem ter sido realizados, e o sistema aprovado antes do início dos ensaios do regime de ensaio categoria 2”.` Os ensaios da categoria 2, que são detalhados na Seção 7 da norma, são basicamente o teste da curva I-V, empregando um traçador de curvas, e a análise termográfica dos módulos fotovoltaicos e dos circuitos elétricos.

  • Ensaios adicionais

“Além do conjunto-padrão de ensaios descritos nos regimes de ensaio categorias 1 e 2, também há outros ensaios que podem ser realizados em algumas circunstâncias. Estes ensaios são suscetíveis de ser aplicados, quer devido a um pedido de um cliente específico quer como um meio de detecção de falhas quando outros ensaios ou anomalias operacionais sugerirem um problema que ainda não foi identificado pelos ensaios padrão.” De acordo com o texto da NBR 16274 os ensaios de categoria 1 são obrigatórios. Os ensaios de categoria 2 são opcionais e podem substituir alguns ensaios de categoria 1. Por último, há os ensaios adicionais, que a norma dá a entender que são dispensáveis. Falaremos sobre os ensaios de categoria 2 e os ensaios adicionais em outro artigo. Vamos nos concentrar agora nos ensaios de categoria 1, que são o nosso principal objetivo e são os requisitos mínimos de qualquer comissionamento fotovoltaico.

Procedimentos de ensaio de categoria

Os ensaios de categoria 1 são relativamente simples e não exigem equipamentos complexos. Todo instalador fotovoltaico deveria estar instruído e habilitado a realizar estes testes. Muitos problemas dos sistemas fotovoltaicos seriam detectados com apenas dois ensaios que fazem parte da categoria 1: tensão de circuito aberto e corrente operacional (ou de curto-circuito) das strings ou dos módulos fotovoltaicos.

Teste de continuidade do aterramento

O teste de continuidade tem o objetivo de garantir a correta passagem da corrente elétrica pelas partes metálicas dos módulos e das estruturas de fixação. O objetivo é garantir que exista continuidade elétrica entre essas partes e o condutor de aterramento da instalação. Este teste pode ser feito com a função de teste de continuidade presente na maior parte dos multímetros. O multímetro é um instrumento que qualquer técnico deve ter em sua caixa de ferramentas. Mesmo multímetros de baixo custo possuem a função de teste de continuidade. O teste de continuidade pode ser feito em partes, testando-se a continuidade entre os módulos, entre os módulos e os trilhos de fixação, depois entre os trilhos e o terminal mais próximo do condutor de aterramento. O teste de continuidade elétrica entre as molduras dos módulos e o condutor de aterramento seria o mais recomendável.

Ensaio de polaridade

Este teste tem o objetivo de detectar a polaridade dos cabos das strings que chegam aos inversores. Este teste deve ser feito antes da energização dos inversores. Basicamente este teste tem o objetivo de determinar se os polos positivo e negativo estão marcados corretamente. Ou seja, se o cabo vermelho é o positivo e se o preto é o negativo. Ou se os dois cabos pretos (se forem da mesma cor) estão devidamente etiquetados como positivo e negativo. O que se usa neste teste é a função de voltímetro CC de um multímetro simples. Nenhum equipamento sofisticado é necessário para esse teste. O único cuidado importante é garantir que o multímetro suporte a máxima tensão disponível nos terminais a serem medidos.

Ensaio da caixa de junção

O que a norma chama de caixa de junção é o que nós conhecemos no mercado como stringbox. Novamente é um teste que pode ser feito com a função de voltímetro CC de um multímetro simples. O teste emprega um procedimento que permite identificar a ligação de strings invertidas. Basicamente o procedimento do teste consiste em conectar em paralelo todos os terminais negativos das strings de uma stringbox, deixando abertos os terminais positivos. Isso pode ser feito deixando-se fechados os fusíveis negativos e retirando-se os fusíveis dos polos positivos. Em seguida, mede-se a tensão entre positivo e negativo da primeira série. O valor medido é usado como referência para os testes seguintes. Depois, mantendo-se uma ponta do multímetro no polo positivo da primeira string (usada como referência), mede-se com a outa ponta de prova a tensão obtida nos terminais positivos das outras strings. Se tudo estiver correto, os resultados de todas as medições (do positivo da primeira string ao polo positivo das demais) serão aproximadamente nulos.

Série fotovoltaica: medição de corrente

Este é um teste muito simples, como todos os demais. Seu objetivo é medir a corrente elétrica que passa pelas strings. Duas correntes podem ser medidas, à escolha do profissional de comissionamento: corrente operacional (quando as strings estão em funcionamento) e corrente de curto-circuito (quando os terminais das strings estão curto-circuitados. A diferença entre o primeiro e o segundo testes é que para medir a corrente operacional o sistema fotovoltaico já deve estar em operação, ou seja, o inversor já deve estar ligado e conectado à rede elétrica. Se o sistema ainda não funciona, ou se você prefere testar tudo antes de ligar, a opção que sobra é fazer o teste da corrente de curto-circuito. O teste de corrente operacional pode ser realizado com um alicate amperímetro capaz de medir corrente contínua. O teste de curto-circuito pode ser feito com o mesmo alicate amperímetro ou com um amperímetro comum. Em qualquer dos casos, deve-se tomar muito cuidado ao realizar o curto-circuito das strings. Aliás, o problema não é provocar o curto-circuito, mas abri-lo. Ao se conectar os dois polos da string circulará por ela a corrente máxima, que depende da condição momentânea de irradiância solar. Ao se tentar abrir o circuito sob carga um arco elétrico (uma grande faísca) e um incêndio podem se originar. A solução é carregar na maleta uma chave seccionadora (dessas que se usam nas stringboxes) e fazer o fechamento e a abertura do curto-circuito por meio dessa chave. Nunca tente provocar o curto-circuito manualmente ou usando as pontas de prova do multímetro. Como a corrente da string depende da irradiância, deve-se procurar fazer este teste próximo ao meio dia e preferencialmente em um dia de condição climática estável. Não sendo possível, o teste pode ser acompanhado da leitura de um medidor de radiação solar portátil. A leitura da irradiância (W/m2) é importante para saber se a corrente medida está correta, levando-se em conta que existe uma relação direta e linear entre a irradiância solar e a corrente de curto-circuito da string.

Série fotovoltaica: medição da tensão de circuito aberto

O teste da tensão de circuito aberto consiste em medir as tensões entre positivo e negativo de todas as strings. Ora, você já vez isso antes! Não se lembra? Quando você testou a polaridade das strings, lá no começo dos procedimentos de categoria 1, você já obteve no voltímetro a leitura do valor da tensão. Então é só anotar. E é só isso mesmo: para esse teste você só precisa de um multímetro que possua a função de voltímetro CC. Não esqueça de confirmar se o multímetro suporta a tensão que você está esperando nos terminais das strings.

Ensaio da resistência de isolamento do arranjo fotovoltaico

Este é talvez o teste mais delicado de todos. É preciso empregar um megôhmetro, um instrumento que aplica uma tensão muito alta entre dois pontos e mede a resistência elétrica (mega-ohms) entre eles. Alguns multímetros mais sofisticados já incorporam a função de megôhmetro. O megôhmetro pode ser também um equipamento independente. Há dois métodos de ensaio de isolamento:

  • Método 1: ensaio entre o negativo da string fotovoltaica e a terra, seguido do teste entre positivo e terra;
  • Método 2: ensaio entre a terra e o ponto de curto-circuito entre o positivo e o negativo. Ou seja, testa-se a simultaneamente a resistência de isolamento dos polos positivo e negativo em relação à terra, estando eles conectados entre si.

A tabela 1 da NBR 16274 mostra os valores necessários de tensão de ensaio (tensão que o instrumento deve aplicar) de acordo com os níveis de tensão encontrados na instalação fotovoltaica. Na última linha vemos que uma tensão de ensaio de 1000 V é necessária no caso mais extremo. Recomenda-se então a aquisição de um megôhmetro capaz de fornecer pelo menos esse valor de tensão.

Tabela 1

Resumo dos instrumentos

Viu como é fácil? Você só precisa de um multímetro e de um megômetro para comissionar um sistema fotovoltaico. Pode ser útil também ter um alicate amperímetro (para corrente contínua) e um medidor de radiação solar. Eu até diria que o multímetro com alicate é o principal instrumento que você precisa ter, além do megôhmetro.

Voltímetro CC (multímetro)

Usado no teste de polaridade, teste da caixa de junção (stringbox) e teste da tensão de circuito aberto. Exemplo:

Multímetro alicate CM4374 da Hioki, que mede até 1500 VCC e 2000 ACC.

Multímetro alicate CM4374 da Hioki, que mede até 1500 VCC e 2000 ACC.

Multímetro com alicate

Multímetros comuns em geral não são bons para medir corrente contínua – as escalas máximas geralmente são de 10 A. Por essa razão o multímetro com alicate torna-se o instrumento mais interessante para a caixa de ferramentas do profissional de comissionamento fotovoltaico. Além de ter a função de voltímetro, o multímetro alicate permite medir correntes bem acima de 10 A. Atenção: você precisa de um alicate capaz de medir corrente CC. Não são todos os alicates que possuem esta função. O alicate amperímetro é usado no teste de corrente de operação ou teste de corrente de curto-circuito. Atenção: se você for fazer o teste de curto-circuito, não esqueça de ter à mão uma chave seccionada de corrente contínua (a mesma usada nas stringboxes). Exemplos:

Multímetro alicate CM4374 da Hioki, que mede até 1500 VCC e 2000 ACC.

Multímetro alicate 3367C da Minipa, que mede até 1000 VCC e 1000 ACC.

Multímetro alicate 3367C da Minipa, que mede até 1000 VCC e 1000 ACC.

 

Observação: o multímetro 3367C permite comissionar sistemas até 1000 VCC apenas, enquanto o CM4374 permite comissionar todos os sistemas fotovoltaicos até 1500 VCC (que é o valor máximo de tensão permitido nas instalações fotovoltaicas).

Medidor de radiação solar

Pode ser útil para acompanhar os testes de corrente de curto-circuito, caso as condições atmosféricas sejam instáveis. Se você estiver em Pernambuco, ao Sol do meio-dia, sem nuvens, este instrumento é desnecessário. Exemplo:

Medidor MES-100 da Instrutherm

Medidor MES-100 da Instrutherm

Medidor de resistência de isolação

Exemplos:

Megôhmetro IR4053 da Hioki, com tensão de teste até 1000 VCC

Megôhmetro IR4053 da Hioki, com tensão de teste até 1000 VCC

Megôhmetro Fluke 1507, com com tensão de teste até 1000 VCC

Megôhmetro Fluke 1507, com com tensão de teste até 1000 VCC

Marcelo Villalva

Marcelo Villalva

Especialista em sistemas fotovoltaicos. Docente e pesquisador da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da UNICAMP. Coordenador do LESF - Laboratório de Energia e Sistemas Fotovoltaicos da UNICAMP. Autor do livro "Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações".

Um comentário

  • Olá boa tarde sobre o artigo acima “Equipamentos básicos para o comissionamento de sistemas FV”, como cobrar pelo serviço? Tenho uma usina de 333 KWp para comissionar e não sei qual valor cobrar pelo serviço.
    Obrigado.

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