Manutenção de Usinas Solares Parte II: Inversores Fotovoltaicos e Combiner Box

A manutenção adequada dos inversores fotovoltaicos e combiner boxes é essencial para garantir a eficiência e segurança de uma usina solar. Esses equipamentos são responsáveis pela conversão da energia gerada e pela distribuição adequada da corrente elétrica, e qualquer falha pode impactar diretamente a produção da usina e segurança das pessoas e patrimônio. Este artigo explora os desafios da manutenção desses componentes, os principais testes a serem realizados, os equipamentos utilizados e as consequências da falta de manutenção.

Manutenção de Inversores Fotovoltaicos

Os inversores são componentes eletrônicos sensíveis que operam em condições ambientais adversas, como altas temperaturas, umidade e poeira. Os principais desafios para sua manutenção incluem:

Superaquecimento devido a ventilação inadequada ou acúmulo de poeira nos dissipadores de calor.
Falhas em componentes internos, como capacitores e IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
Erros de comunicação com o sistema de monitoramento.
Desgaste em conexões e bornes, podendo causar aquecimento excessivo.
Afrouxamento de parafusos das conexões elétricas devido ao calor e vibração.

Limpeza dos Inversores e Ventoinhas

A limpeza periódica dos inversores e suas ventoinhas é fundamental para manter a eficiência térmica e evitar o derating por temperatura. O acúmulo de poeira nos dissipadores de calor e nos filtros de ar reduz a capacidade de refrigeração do equipamento, podendo levar à redução da potência de saída e até o desligamento do inversor por superaquecimento.

Procedimentos de Limpeza:

Desligar o inversor e seguir os protocolos de segurança antes da limpeza.
Remover poeira acumulada nos dissipadores de calor com ar comprimido seco.
Limpar as ventoinhas e filtros para garantir a circulação eficiente do ar.
Verificar obstruções nas entradas e saídas de ar para evitar bloqueios.

Prevenção de Entrada de Animais no Inversor

Insetos, roedores e outros pequenos animais podem se alojar dentro dos inversores, causando curtos-circuitos e falhas nos componentes eletrônicos. Para evitar esse problema, é essencial garantir a vedação adequada das entradas de cabos.

Quando utilizados cabos singelos, apenas o prensa-cabo pode não ser suficiente para vedação completa, deixando pequenos espaços por onde insetos podem entrar.
Nestes casos, recomenda-se o uso de espuma expansiva ou massa de calafetar para vedar totalmente as entradas de cabos e evitar a infiltração de sujeira e animais.
Inspeções regulares devem ser realizadas para garantir que não haja sinais de infestação ou obstrução dentro do equipamento.

Figura 2 – Insetos dentro de inversor. Mesmo com prensa cabo bem apertado pequenos insetos são capazes de entrar pelas frestas entre os cabos singelos. Acervo próprio.

O diabo está nos detalhes

A qualidade das conexões elétricas é um fator crítico para a segurança e eficiência de uma usina solar. Entre os principais pontos de atenção está a crimpagem dos terminais MC4, que são amplamente utilizados para conexão dos cabos fotovoltaicos.

Melhores Práticas de Crimpagem

A crimpagem de terminais MC4 deve seguir as diretrizes estabelecidas pela norma IEC 60352-2, que determina critérios de aceitação para conexões elétricas crimpadas. Algumas boas práticas incluem:

Utilizar ferramentas de crimpagem certificadas para garantir a pressão ideal no terminal.
Selecionar o terminal correto conforme a bitola do cabo utilizado.
Assegurar a inserção completa do condutor dentro do terminal antes da crimpagem.
Evitar crimpagens excessivamente apertadas ou frouxas, pois podem causar aumento da resistência elétrica ou falhas mecânicas.
Verificar a conformidade do terminal com inspeção visual e testes elétricos após a crimpagem.

Testes para Avaliar a Qualidade da Crimpagem

Teste de Tração: Aplicação de força moderada para verificar se o terminal permanece fixo ao cabo.
Inspeção Visual: Conferir se a crimpagem apresenta deformidades, espaços excessivos ou danos.
Análise Termográfica: Inspeção de aquecimento anormal nos terminais durante a operação.

Inspeção Após a Operação da Usina

Análise termográfica para identificar superaquecimento nos terminais.
Inspeção periódica dos conectores para verificar sinais de derretimento ou carbonização.
Reaperto e verificação de conexões suspeitas.

Uma boa crimpagem pode evitar problemas de aquecimento excessivo que irão causar danos não somente para o próprio conector, mas também para cabos e componentes de proteção como disjuntores e fusíveis, com o calor irradiando por eles, podendo levar a atuação indevida dos mesmos.

Figura 3 – Conector derretido devido à crimpagem inadequada.

Torque Adequado nas Conexões Elétricas

O torque adequado nos parafusos das conexões elétricas é um fator essencial para evitar falhas na operação da usina solar. Com o tempo, devido à exposição ao calor e à vibração, esses parafusos podem afrouxar, resultando em mau contato, superaquecimento e até risco de incêndio.

Uma prática simples, mas eficaz, é utilizar um torquímetro para garantir que o aperto esteja conforme as especificações do fabricante. Além disso, marcar a porca e o parafuso com tinta lacre facilita a inspeção visual, permitindo identificar qualquer movimento ou perda do torque ideal.

É fundamental que o torque aplicado não seja maior nem menor do que o especificado pelo fabricante. Um torque excessivo pode danificar os terminais e roscas, comprometendo a integridade da conexão. Já um torque insuficiente pode gerar maus contatos e aquecimento excessivo, reduzindo a eficiência e aumentando o risco de falha prematura dos componentes.

Inspeção com Câmera Térmica

A inspeção termográfica é uma ferramenta essencial para detectar falhas em conexões dos inversores e combiner boxes. O uso de câmeras térmicas permite identificar pontos de aquecimento excessivo antes que causem falhas graves.

Tipos de Câmeras Recomendadas:

Câmeras térmicas de alta resolução com ajuste de emissividade.
Modelos com capacidade de captura em tempo real e análise de temperatura precisa.

Boas Práticas na Inspeção Termográfica:

Configurar corretamente a emissividade do material para obter leituras precisas.
Realizar a medição com o sistema em operação para detectar pontos de aquecimento real.
Remover barreiras físicas como vidros, acrílicos e policarbonatos, pois esses materiais impedem a passagem da radiação infravermelha captada pela câmera.
Comparar temperaturas entre conexões semelhantes para identificar anomalias.

A inspeção termográfica regular permite antecipar problemas e evitar paradas inesperadas, reduzindo custos com manutenção corretiva.

Outros pontos de atenção

É comum problemas de perda de comunicação dos inversores que, em muitos casos, é a única fonte de informações da usina. E por diversas vezes a perda de comunicação se dá apenas por problemas de Internet. Portanto ter uma conexão com a Internet robusta é extremamente importante para a operação de uma usina fotovoltaica. Além disso é indispensável a utilização de UPS (Uninterruptible Power Supply) nas usinas. No geral o equipamento que faz esta função é o nobreak. Dessa forma, mesmo que a rede que alimenta a usina falhe será possível verificar se os inversores estão ligados e que se trata de uma falha na rede e não na Internet, permitindo protocolos de ação direcionados para cada tipo de situação. Manter o nobreak da usina em funcionamento completo, bem como as interfaces de comunicação dos inversores é fundamental para uma operação segura da usina.

Outro ponto simples, mas que pode ser muito útil, é a medição de ruído dos inversores através de um decibelímetro. Todo fabricante de inversores fala em seu datasheet ou manual qual o nível de ruído esperado pelo seu equipamento. Ruídos acima dos valores mencionados podem indicar problemas internos no inversor, seja na parte eletrônica ou até mesmo no sistema de resfriamento do equipamento. Porém todo barulho é percebido de forma subjetiva. Obviamente os profissionais que trabalham diretamente na usina estão acostumados aos barulhos feitos pelos equipamentos e podem identificar diferenças mesmo que sutis. Portanto sempre é importante estar atento aos relatos dos profissionais diretamente envolvidos nas atividades de campo. Mas como o fator humano sempre está sujeito a imprecisões a medição de ruídos por um equipamento externo e confiável traz informações importantes sobre a saúde dos equipamentos.

Por fim vale ressaltar que atualizações de Firmware dos equipamentos são comuns, portanto, sempre manter o diálogo com os fabricantes afim de garantir que os equipamentos estejam sempre na sua versão mais atualizada é uma boa prática de manutenção.

Conclusão

A manutenção preventiva e corretiva dos inversores fotovoltaicos e combiner boxes é essencial para garantir a eficiência e segurança de uma usina solar. A implementação de testes periódicos, inspeções detalhadas e uso de equipamentos adequados permite identificar falhas antes que se tornem problemas graves, evitando quedas na geração de energia e custos elevados com reparos emergenciais. Investir em um plano de manutenção estruturado é fundamental para maximizar a rentabilidade e vida útil do sistema fotovoltaico.

Fontes:

STAÜBLI. PV_MA704 – Instruções de montagem. Disponível em: https://www.staubli.com/content/dam/ecs/technical-documentation/assembly-instructions/RE/PV_MA704-pt.pdf.

TE CONNECTIVITY. Crimp Quality Poster. Disponível em: <65784_Crimp Quality Poster_ENGLISH_26x13 version.pdf>.

INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION (IEC). IEC 60352-2: Solderless Connections – Part 2: Crimped Connections – General Requirements, Test Methods and Practical Guidance. Genebra: IEC, 2020.