Dimensionamento de cabos fotovoltaicos pt. 2: Reduza com segurança os tamanhos dos cabos para maximizar o retorno do projeto

Por Billy Ludt | 6 de abril de 2023

Por Joe Jancauskas, engenheiro elétrico sênior da Castillo Engineering

Embora o superdimensionamento moderado dos cabos do painel solar possa garantir a segurança contra incêndio e ajudá-lo a atender aos critérios de queda de tensão, o superdimensionamento dos cabos e o cumprimento estrito de uma ordem de queda de tensão podem reduzir desnecessariamente a lucratividade a longo prazo de seus projetos solares.

Nesta segunda parte de nossa série de dimensionamento de cabos fotovoltaicos, veremos por que exatamente os cabos fotovoltaicos são tão superdimensionados e como você pode calcular melhor os tamanhos dos cabos para garantir a segurança e, ao mesmo tempo, maximizar o retorno do projeto.

Por que os cabos fotovoltaicos são tão grandes?

Crédito: Castillo Engenharia

Para entender por que os cabos são tão grandes, você deve estar ciente de que a fiação de entrada de corrente contínua (CC) para o inversor é geralmente dividida em dois termos pelo Código Elétrico Nacional (NEC): a fiação da cadeia fotovoltaica é chamada de “fonte fotovoltaica”. circuitos”, enquanto a fiação de saída das caixas combinadoras é chamada de “circuito de saída fotovoltaica”. Se um recombinador for usado, sua fiação de saída será chamada de “circuito de entrada do inversor”.

Primeiro, parte da razão pela qual os cabos fotovoltaicos são tão superdimensionados é porque o NEC assume que a energia fotovoltaica é uma carga contínua. Esta é muitas vezes uma suposição conservadora, uma vez que uma fonte de energia variável como o sol não costuma estar em plena produção por mais de três horas, de acordo com a definição de carga contínua da NEC. Muitos projetos solares utilizam muito mais cobre do que o necessário para manter a segurança, resultando em custos desnecessários e menores retornos do projeto.

Em segundo lugar, além do fator de dimensionamento normal de 125% para cargas contínuas, um fator de dimensionamento adicional de 125% é adicionado para compensar a saída fotovoltaica que ocasionalmente é maior do que a placa de identificação para aquelas raras combinações de irradiância e temperatura que são melhores do que as condições de teste padrão, para um fator de dimensionamento resultante de 156% aplicado à corrente de carga total dos circuitos de saída fotovoltaica.

Outra razão pela qual os cabos fotovoltaicos são significativamente superdimensionados é porque as classificações dos módulos solares são baseadas em 1.000 W/m2 de irradiância solar, que só é excedida em raras ocasiões em ambientes terrestres. Como resultado, muitos pensam frequentemente que este incidente pouco frequente deve ser planeado como o pior caso de engenharia de design, mas será isto sempre necessário? Muitas preocupações de projeto vêm da fixação em classificações de equipamentos de “placa de identificação”, mesmo que essas classificações não sejam relevantes em cenários do mundo real.

Para calcular a classificação na placa de identificação de um equipamento elétrico, você deve estabelecer um conjunto específico de condições, como 100% de carga por 40 anos a uma temperatura ambiente de 30 °C (86 °F). Esta combinação de condições, no entanto, quase nunca acontece, razão pela qual muitos transformadores e sistemas de cabos de serviços públicos ainda estão em serviço muito depois dos 40 anos iniciais de vida útil projetada.

As classificações da placa de identificação em tempo real não são valores fixos, mas flutuam com as mudanças nas condições ambientais e de carga. Para transformadores e cabos, a maior preocupação em relação ao envelhecimento e ao fim da vida útil é a degradação dos seus materiais de isolamento de base orgânica. Vejamos algumas das condições nominais para os principais elementos do projeto fotovoltaico de transformadores, cabos, linhas de transmissão e módulos fotovoltaicos.

Classificações do transformador

Os transformadores fotovoltaicos sem armazenamento de energia da bateria (BESS) nem sempre podem ser carregados, mas pequenas sobrecargas de curta duração não devem ser um problema. Até mesmo o padrão IEEE C57.91-20 reconhece que sobrecargas de curto prazo de até 200% da classificação indicada na placa de identificação podem ser possíveis sob certas condições sem perda significativa de vida útil. As classificações de sobrecarga de emergência de quatro horas de 200% acima das classificações indicadas na placa de identificação foram adotadas por algumas grandes empresas de serviços públicos, uma vez que o custo de capital de fornecer o dobro da classificação do equipamento, que raramente seria usado, é proibitivo.

Muitos projetos fotovoltaicos não aproveitam o uso de um conjunto de ventiladores de resfriamento para adquirir um transformador de classificação mais baixa e economizar custos de capital. Por exemplo, quando a Florida Power & Light está projetando um sistema de 85 MVA (75 MW de PV e 10 MVAr de capacitores), ela adquire um transformador de 51 MVA. A primeira etapa de ventiladores adicionados eleva a classificação para 68 MVA e o segundo conjunto de ventiladores eleva a classificação para 85 MVA.