Dimensionamento de cabo fotovoltaico 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, superdimensionar amplamente os cabos e aderir estritamente a um mandato de queda de tensão pode reduzir desnecessariamente a lucratividade de 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 os retornos do projeto.

Por que os cabos fotovoltaicos são tão grandes?

Crédito: Castillo Engenharia

Para entender por que os cabos são tão superdimensionados, você deve estar ciente de que a fiação de entrada de corrente contínua (CC) para o inversor geralmente é 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 é chamada de "circuito de entrada do inversor".

Primeiro, parte do motivo pelo qual os cabos fotovoltaicos são tão grandes é porque o NEC assume que o fotovoltaico é uma carga contínua. Geralmente, essa é uma suposição conservadora, já que uma fonte de energia variável, como o sol, não costuma funcionar em potência máxima por mais de três horas, de acordo com a definição NEC de carga contínua. Muitos projetos solares usam 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 levar em consideração que a saída PV 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 fotovoltaicos.

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, muitas vezes pensam que esse incidente raro deve ser planejado como engenharia de projeto de pior caso, mas isso é realmente sempre necessário? Muitas preocupações de design vêm de uma 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 nominal de um equipamento elétrico, você deve estabelecer um conjunto específico de condições, como 100% de carga por 40 anos a 30 °C (86 °F) de temperatura ambiente. Essa combinação de condições, no entanto, quase nunca acontece, e é por isso que muitos transformadores de utilidades e sistemas de cabos ainda estão em serviço muito depois de seus 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 carregamento. Para transformadores e cabos, a maior preocupação em relação ao envelhecimento e fim de vida é a degradação de seus materiais de isolamento de base orgânica. Vejamos algumas das condições de classificação 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. Mesmo o padrão IEEE C57.91-20 reconhece que sobrecargas de curto prazo de até 200% da classificação nominal podem ser possíveis sob certas condições sem perda significativa de vida. As classificações de sobrecarga de emergência de quatro horas de 200% sobre as classificações da placa de identificação foram adotadas por algumas das principais concessionárias, uma vez que o custo de capital para 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 comprar 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 compra um transformador de 51 MVA. O primeiro estágio de ventiladores adicionados eleva a potência para 68 MVA e o segundo conjunto de ventiladores eleva a potência para 85 MVA.