Nos últimos anos a demanda por energia elétrica aumentou exponencialmente, seja fruto de grandes indústrias, expansão dos grandes centros ou até mesmo no aumento do fornecimento e qualidade de energia. Nesse sentido, a constante busca pela disponibilidade e qualidade de energia se tornou um desafio, tanto para as distribuidoras, pelo controle complexo das redes elétricas, tanto para os consumidores, preocupados com esse recurso tão importante para seu desenvolvimento.

Com o objetivo de diversificar a matriz energética do país, em 2012 foi criada pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) a Resolução Normativa n.º 482, estabelecendo condições regulatórias para conexão da Geração Distribuída na matriz energética brasileira, apresentando dois importantes conceitos:

● Microgeração Distribuída: sistemas de geração de energia renovável conectados à rede com potência máxima de injeção menor ou igual a 75 kW;

● Minigeração Distribuída:sistemas de geração de energia renovável conectados à rede com potência superior a 75 kW e menor ou igual a 5 MW para centrais geradoras de fontes despacháveis.

Desde a implantação da Resolução Normativa n.º 482, sistemas de energia solar fotovoltaicas estão em alta no mercado, estando em constante evolução em soluções de módulos fotovoltaicos, inversores e estruturas de fixação. Sendo micro ou minigeração, a produção de energia por meio de módulos fotovoltaicos é o modelo de geração que mais cresce no país.

A potência máxima da minigeração distribuída foi ajustada com o marco legal da Geração Distribuída (GD) no Brasil na Lei 14.300, que entrou em vigor no início de 2023. Com esse marco, usinas de minigeração, manteve-se a potência de 5 MW para centrais geradoras de fontes despacháveis, mas para centrais geradoras de fontes não despacháveis, esse valor de potência foi limitado à 3 MW.

Ainda no primeiro trimestre de 2024, segundo a Associação Brasileira de Energia Solar (ABSOLAR), o país chegou a marca de de 39,8 GW de potência instalada na modalidade de Geração Distribuída, fonte de usinas de micro e minigeração, somando mais de 3,5 milhões de unidades consumidoras (UCs) atendidas pela tecnologia fotovoltaica e recebendo créditos pelo Sistema De Compensação de Energia Elétrica. Esse valor equivale a cerca de 17,5% da matriz energética brasileira.

Muito se fala de usinas solares de grande porte em grandes parques solares, mas você já imaginou uma usina fotovoltaica com mais de 5700 kWp em telhado? Neste artigo abordaremos os desafios das usinas de Geração Distribuída (GD) e das usinas de geração fotovoltaica no Mercado Livre de Energia e apresentar com mais detalhes o maior sistema de geração de energia fotovoltaica instalada em telhado/carport do país, localizado na cidade de Paulópolis – SP, uma parceria entre as empresas Máquinas Agrícolas Jacto S.A. e a TTS Energia.

Sistemas de Minigeração Distribuída

Os sistemas de minigeração são caracterizados por potência de injeção maior do que 75 kW. Nesses sistemas, salvo em algumas regiões do Brasil, sua conexão com a rede da distribuidora local é feita em média tensão, isto é, tensões de conexão de 13,8 kV, 23,1 kV ou 34,5 kV, a depender da distribuidora que atende a unidade consumidora (UC) e a depender da potência a ser injetada na rede, visto que, em algumas distribuidoras, potências de até 300 kW podem ser conectadas em baixa tensão.

Esse é o primeiro desafio para as empresas de EPC (Engineering, Procurement and Construction ou Engenharia, Gestão de compras e Construção), que são as grandes responsáveis por projetar, construir e homologar tais sistemas. Como a conexão

é feita em média tensão, os sistemas de proteção são mais complexos, envolvendo relés de proteção, disjuntores de média tensão e um módulo mais robusto de medição, composto por TCs (Transformadores de Corrente) e TPs (Transformadores de Potencial).

Devido à complexidade da conexão, são necessários estudos de proteção e seletividade para a determinação das proteções mínimas e características dos equipamentos do sistema. Esse estudo tem como base principal os dados de curto-circuito do ponto de conexão e os dados das proteções do alimentador que atende a unidade consumidora (UC).

Para sistemas desse nível, geralmente são adotados sistemas de solo fixo e, em usinas de maior porte, sistemas de rastreamento solar, que tem como objetivo otimizar a captação da irradiação, visando aumentar a eficiência do sistema. Esses sistemas são adotados pela disponibilidade de área, onde pode-se distribuir os arranjos fotovoltaicos de forma mais otimizada.

Contudo, instalações de grande porte em telhados é uma realidade do mercado. Dessa forma, embora exista o limite da construção, assim como pontos do telhado que demandem reforços devido ao peso dos módulos e de toda a infraestrutura da instalação, projetos de telhado não devem ser descartados.

Outro ponto de extrema importância para os projetos de Geração Distribuída é a viabilidade de conexão. Uma vez apresentado o projeto, a distribuidora responsável pelo fornecimento de energia realiza uma análise dos efeitos da conexão da usina fotovoltaica na rede, sendo aprovada ou não.

Sistemas de Geração de Energia no Mercado Livre

Com a chegada da lei 14.300 no início de 2023, o assunto de instalações de usinas fotovoltaicas no mercado livre está cada vez mais comum no mercado.

No mercado livre, os projetos de geração fotovoltaica são homologados não como Geração Distribuída, mas como projeto de autoprodução, com paralelismo permanente ou não. O paralelismo permanente indica à distribuidora que o sistema fotovoltaico está sim conectado à rede em todo seu tempo de operação, mas cabe ao agente gerador denominar se sua usina exportará ou não energia para a rede. E, nos casos sem paralelismo permanente, é necessário uma análise das cargas do cliente, traçando assim as condições em que o gerador entra em operação com o sistema elétrico da distribuidora. Essa exportação de energia, por estar em um ambiente livre, não gera créditos na fatura de energia, mas sim é comercializada no mercado livre.

Case Jacto – TTS Energia: O maior Sistema Fotovoltaico em Telhado do Brasil

Foi recém-energizada na cidade de Paulópolis – SP o maior projeto de geração de energia em telhado/carport do país, desenvolvida pela TTS Energia, em parceria com a Máquinas Agrícolas Jacto S.A..

O projeto é composto por 38 inversores Canadian Solar CSI-110K-T400, 4 inversores Canadian Solar CSI-100K-T400, 3860 módulos Canadian Solar CS6W-545MS, 3009 módulos Canadian Solar CS6W-550MS e 4804 módulos Canadian Solar CS7L-600MS, totalizando 4580 kW e 6641,05 kWp. Sendo que a instalação em telhado possui 3920 kW e 5755 kWp.

Todo esse sistema de módulos fotovoltaicos ocupa uma área de 42.056 m² nos telhados da empresa e cerca de 6.889 m² somam os módulos no carport.

A instalação conta com um controle dinâmico de demanda DEIF, composto por 6 controladores distribuídos entre as subestações internas, com o objetivo de controlar a injeção de energia na rede, uma vez que a topologia do sistema não permite exportação de excedente, denominado de ZERO GRID, onde toda energia gerada nos módulos fotovoltaicos é totalmente utilizada internamente na Máquinas Agrícolas Jacto S.A.

O sistema instalado nos telhados da fábrica foi homologado como gerador com paralelismo permanente sem exportação (autoprodutor sem venda de excedentes).

Desafios de um Sistema em Telhado

Como todo sistema fotovoltaico em telhado, algumas ações são necessárias para conceber o projeto com qualidade e segurança. Partindo disso, podem ser expostos os seguintes pontos:

● Projeto executivo: um projeto otimizado e preciso é o cérebro de toda a operação do sistema. É nele que premissas básicas da construção serão adotadas, assim como definições de onde será feita a conexão, passagem dos cabos ao longo do telhado e sistemas de proteção e monitoramento. Nessa etapa foi necessário realizar todo o dimensionamento das estruturas mecânicas para passagem dos cabos no telhado, seguindo as recomendações da ABNT NBR 5140 e ABNT NBR 16690, que servirão como base para todo o procedimento.

Em projetos de telhado, uma vez que o layout de instalação está limitado pela área disponível, o projetista deve ser capaz de prever e solucionar o maior número de perdas no sistema. No caso do projeto apresentado, houve um extremo cuidado com a distribuição e tamanho das séries fotovoltaicas no telhado, com o objetivo maior de manter as perdas do sistema de corrente contínua abaixo do que é recomendado pela ABNT NBR 16690 e as perdas em corrente alternada abaixo do que é recomendado pela ABNT NBR 5410, além de, por possuir módulos de diferentes potências, fazer o arranjo correto para as séries fotovoltaicas.

● Infraestrutura: por se tratar de um projeto de telhado, com mais de 9 mil módulos, é de extrema importância que a estrutura esteja preparada para receber tal esforço mecânico. Com isso, faz-se necessário realizar uma análise estrutural, para verificar a necessidade ou não de reforços na estrutura, com o objetivo de não danificar a instalação e causar graves acidentes no futuro.

● Detalhamento de passagem dos condutores: Esse detalhamento é de extrema importância para garantir uma instalação segura, principalmente pela quantidade de condutores de corrente contínua que existem no sistema. Realizar um dimensionamento real do cabeamento do sistema de corrente contínua e seu caminho até os inversores talvez tenha sido a parte mais crucial de todo projeto.

Para esse projeto, se tratando de uma grande quantidade de inversores, houve um cuidado na passagem também dos cabos em corrente alternada, visto que existem vários circuitos convergindo para o mesmo ponto. Não só isso, mas também toda a infraestrutura para comunicação entre os inversores e dos inversores com os controladores de demanda deve ser projetada seguindo todas as exigências impostas pelo fabricante para o pleno funcionamento do sistema.

● Execução: nessa etapa o principal desafio é a segurança de todos das equipes envolvidas. Por se tratar de um projeto de telhado, em sua vasta maioria, o trabalho em altura é praticamente constante. Com isso, todos os procedimentos na NR 35 devem ser atendidos.

Seguindo uma ordem cronológica, essa etapa se inicia com a fixação dos suportes dos módulos no telhado, que parte das definições do projeto executivo realizado pela equipe de engenharia, seguido pela fixação dos módulos. Na etapa de fixação dos módulos, é importante que os dados do projeto estejam claros e de fácil acesso, uma vez que a instalação possui três tipos de módulos diferentes. No caso da instalação de carport, é importante que o local esteja devidamente marcado com os pontos de fundação da estrutura, previamente projetado pela equipe de engenharia, com o objetivo de realizar o trabalho de forma mais precisa e segura.

Feito isso, é realizada a instalação das estruturas mecânicas para passagem dos cabos, como eletrocalhas, leitos aramados e eletrodutos galvanizados na instalação de carport e a instalação de corrugados PEAD, valetamento e caixas de passagem na instalação em carport. Essa infraestrutura vai desde os módulos até a chegada nos inversores dentro das subestações ou nos eletrocentros. Chegando nos inversores, outro desafio é o correto dimensionamento e passagem dos cabos dos circuitos em corrente alternada até os pontos de conexão.

● Comissionamento: Nessa etapa, todos os parâmetros elétricos do sistema são verificados. O comissionamento da usina é feito por uma equipe diferente da equipe de execução, onde o principal objetivo é validar se tudo foi executado conforme o projeto, assim como o devido funcionamento dos equipamentos.

No comissionamento também é averiguado a comunicação entre os inversores e os controladores. Por ser um sistema com controle dinâmico, a precisão é indispensável. Todos os pontos de comunicação devem estar alinhados, com o objetivo de garantir a não exportação de energia para a concessionária.

● Operação da usina:A usina opera em sistema ZERO GRID, isto é, conforme a fábrica demanda energia durante o dia, os controladores DEIF têm a função de liberar a geração proveniente dos módulos fotovoltaicos. Quando a demanda da fábrica diminui, a geração ainda pode estar alta, mas a energia que é liberada para o sistema elétrico interno é diminuída ou até mesmo cortada, uma vez que, no sistema ZERO GRID, não é permitida a exportação de energia para a rede. Toda energia proveniente da usina fotovoltaica deve ser utilizada internamente na fábrica, reforçando a qualidade e confiabilidade do sistema de controle dinâmico.

Os desafios no mercado de energia solar estão cada vez mais frequentes e as empresas devem estar atentas às novas tecnologias e serem capazes de suprir a necessidade do cliente, tornando seus projetos cada vez mais personalizados e robustos. O sistema de geração solar Máquinas Agrícolas Jacto S.A. em parceria com a TTS Energia é fruto de comprometimento, qualidade e experiência, proporcionando aos clientes mais segurança e garantia da usina fotovoltaica.

Autor: Fillipe Almeida – Engenheiro Eletricista e Projetista na TTS Energia