A inversor de energia solar Um inversor ligado à rede elétrica deve fazer mais do que converter a corrente contínua (CC) proveniente dos painéis solares em corrente alternada (CA). Deve também responder corretamente quando as condições da rede se alteram. A proteção anti-ilha é a função que ajuda um inversor ligado à rede a deixar de alimentar o circuito ligado à rede pública quando as condições da rede indicam que a continuação da operação em paralelo não é permitida. Isto ajuda a reduzir os riscos de segurança para os trabalhadores da rede pública, os potenciais danos nos equipamentos ligados e os efeitos adversos associados à formação involuntária de ilhas.
Para os instaladores de sistemas solares, integradores de sistemas e compradores de equipamento, compreender a proteção contra o funcionamento em ilha faz, portanto, parte da avaliação da compatibilidade de um inversor com a rede — não se tratando simplesmente de uma funcionalidade técnica opcional.
O que é o «islanding» num sistema de energia solar?
O fenómeno de «islanding» ocorre quando um recurso energético distribuído (DER), como uma instalação solar, continua a alimentar uma secção de uma rede elétrica depois de essa secção ter ficado desligada da rede da empresa de eletricidade. O Departamento de Energia dos EUA (DOE) identifica o «islanding» como uma consideração importante para os recursos energéticos distribuídos, uma vez que um circuito isolado pode permanecer energizado mesmo que o fornecimento da rede pública tenha sido interrompido.
Consideremos um sistema solar simples instalado no telhado, ligado a um edifício e à rede elétrica:
| Condições de funcionamento | Resposta do inversor solar |
| A rede de serviços públicos está a funcionar normalmente | Fornece energia de acordo com o modo de funcionamento do sistema |
| A rede de distribuição de energia elétrica regista uma condição anómala que justifica a intervenção | Monitoriza a rede e responde de acordo com os requisitos aplicáveis |
| A ligação aos serviços públicos foi interrompida | As funções anti-isolamento podem iniciar a desconexão |
| Microrrede isolada intencionalmente | Requer uma arquitetura de controlo e proteção adequada |
É importante distinguir entre o funcionamento em ilha não intencional e o funcionamento intencional de uma microrrede. Uma microrrede devidamente concebida pode desligar-se intencionalmente da rede elétrica e continuar a abastecer cargas selecionadas. O DOE descreve esta situação como funcionamento em ilha intencional. Esse funcionamento requer controlos, equipamento de comutação e uma arquitetura de sistema concebida especificamente para o funcionamento em ilha.
No caso de uma instalação solar convencional ligada à rede, contudo, o inversor não pode simplesmente partir do princípio de que uma falha no fornecimento de energia da rede significa que deve continuar a funcionar de forma autónoma. O sistema tem de determinar se as condições da rede continuam a ser adequadas para a continuação do funcionamento em paralelo.
Como funciona a proteção contra ilhamento num inversor solar?
A proteção contra ilhamento funciona através da monitorização das condições elétricas no ponto de ligação à rede e faz com que o inversor deixe de alimentar o circuito ligado à rede pública quando as condições indicam que a continuação do funcionamento em paralelo não é permitida.
O inversor pode monitorizar parâmetros como a tensão e a frequência e aplicar a lógica de proteção e controlo definida para os seus requisitos específicos de interligação à rede. O método exato de deteção e as definições de resposta dependem do projeto do inversor, das normas aplicáveis e dos requisitos da empresa de eletricidade local.
O processo básico pode ser compreendido da seguinte forma:
- Monitor: O inversor monitoriza continuamente as condições relevantes da rede.
- Detecção: O sistema de controlo identifica uma condição anómala ou uma falha na rede elétrica.
- Avaliar: O inversor determina se a condição detetada requer uma alteração no estado de funcionamento.
- Desligamento: Quando as condições de desligamento aplicáveis são cumpridas, o inversor deixa de alimentar o circuito ligado à rede elétrica.
- Reconexão: O funcionamento normal ligado à rede só é retomado quando as condições necessárias para a reconexão forem cumpridas.
Este processo é importante porque a simples deteção de uma interrupção de energia não constitui, por si só, todo o problema de engenharia. A tensão e a frequência podem, por vezes, permanecer dentro de intervalos relativamente normais durante um curto período após uma interrupção do fornecimento da rede elétrica, especialmente quando a produção local e a carga se encontram razoavelmente equilibradas. Consequentemente, a proteção anti-ilhotamento é concebida como parte de um esquema mais abrangente de proteção da interligação à rede, em vez de ser um simples “sensor de falha de energia”.”
Por que razão é necessária a proteção contra ilhamento nos inversores solares ligados à rede?
A proteção contra o funcionamento em ilha é necessária porque uma situação de funcionamento em ilha não intencional pode criar riscos para a segurança e a qualidade da energia quando um gerador distribuído continua a alimentar um circuito que o pessoal da empresa de eletricidade considera estar desligado. O DOE salienta especificamente que um sistema elétrico em ilha pode causar ferimentos aos trabalhadores ou danificar o equipamento ligado.
Existem várias razões práticas para exigir uma proteção adequada contra o funcionamento em ilha:
- Segurança dos trabalhadores: Um circuito que se supõe estar desenergizado pode continuar energizado se a geração distribuída continuar a alimentá-lo.
- Proteção do equipamento: Um sistema isolado pode estar sujeito a condições anormais de tensão ou frequência.
- Coordenação da rede: Os geradores distribuídos devem responder de forma previsível a condições anormais da rede.
- Restabelecimento do sistema: As empresas de serviços públicos necessitam de recursos distribuídos para que estes sigam o comportamento de interligação estabelecido durante as falhas de energia e o restabelecimento do sistema.
A norma IEEE 1547-2018 reveste-se de particular relevância neste contexto. A norma IEEE estabelece requisitos técnicos para a interligação e a interoperabilidade dos recursos energéticos distribuídos com os sistemas de energia elétrica. O seu âmbito de aplicação inclui condições anormais, qualidade da energia, funcionamento em ilha, ensaios, colocação em serviço e verificação periódica.
Isto significa que a proteção contra funcionamento em ilha não deve ser avaliada isoladamente. Ao selecionar um inversor, os compradores devem ter em conta o quadro completo de interligação à rede aplicável à instalação.
Que normas devem Compradores O que se deve ter em conta ao escolher um inversor solar?
Antes de selecionar um inversor, é necessário verificar se as normas de interligação e segurança aplicáveis estão de acordo com a localização do projeto e os requisitos da rede. O facto de um produto possuir uma certificação específica ou fazer referência a determinadas normas não significa, automaticamente, que seja adequado para todas as redes ou instalações.
No que diz respeito aos projetos norte-americanos, duas referências importantes para inversor solar As normas de conformidade são a IEEE 1547 e a UL 1741. A norma IEEE 1547 aborda os requisitos de interligação e interoperabilidade para os recursos energéticos distribuídos (DER), incluindo o funcionamento em ilha e os ensaios. A UL Solutions identifica a norma UL 1741 como a norma que abrange inversores, conversores, controladores e equipamentos de sistemas de interligação utilizados com recursos energéticos distribuídos.
| O que verificar | Por que é importante |
| Norma aplicável à ligação à rede | Determina o comportamento de funcionamento e de proteção necessário |
| Certificação de inversores | Ajuda a demonstrar a conformidade com os requisitos aplicáveis |
| Função anti-isolamento | Aborda o fenómeno de isolamento não intencional durante anomalias na rede elétrica |
| Compatibilidade de tensão e frequência da rede elétrica | Ajuda a verificar se o inversor é compatível com o sistema elétrico pretendido |
| Requisitos das empresas de serviços públicos locais | Podem aplicar-se requisitos adicionais a uma interligação específica |
| Requisitos de instalação e colocação em funcionamento | As configurações corretas e a verificação garantem o funcionamento em campo em conformidade com as normas |
Os instaladores devem, por isso, evitar escolher um inversor apenas porque a sua potência nominal corresponde à do painel fotovoltaico. A compatibilidade elétrica, a certificação, as funções de proteção e os requisitos locais de interligação são critérios de seleção igualmente importantes.
Como é que a Ktech lida com a proteção contra o funcionamento isolado nos seus inversores?
Ktech apresenta a proteção contra funcionamento em ilha como uma função de proteção integrada em vários modelos de inversores, incluindo produtos híbridos e acoplados em CA para diferentes mercados de rede. O seu portfólio de produtos inclui inversores híbridos, fora de rede, ligados à rede e acoplados em CA para aplicações residenciais, industriais e comerciais.
Por exemplo, o Inversor híbrido Ktech KE-7K/7K5/8K/10K/12KD5LSUN inclui a proteção contra ilhamento entre as suas funções de proteção integradas. Também inclui as normas UL 1741 e IEEE 1547. A gama de produtos oferece uma potência ativa nominal entre 7 000 W e 12 000 W, dependendo do modelo.
A Ktech também disponibiliza proteção contra ilhamento para outras famílias de produtos. A sua Inversor híbrido norte-americano KE-7K/7K5/8K/10K/12KD6LSUN inclui, entre as suas funções de proteção integradas, a proteção contra funcionamento em ilha, a deteção de falhas à terra, a proteção contra picos de tensão, AFCI, GFCI e compatibilidade com RSD, e indica as normas UL 1741 e IEEE 1547 como referências aplicáveis em matéria de certificação e interligação.
Para aplicações na rede europeia, o Inversor híbrido Ktech KE-30KD5H3EN inclui a prevenção de funcionamento em ilha e a monitorização da rede entre as suas funções de proteção integradas e identifica várias normas relativas à ligação à rede, incluindo a IEC 62116 e a EN 50549.
Estes exemplos demonstram também por que razão a adequação entre o produto e o mercado é importante. A proteção contra o funcionamento em ilha é um requisito técnico geral, mas a certificação aplicável, o código de rede, a tensão, a frequência e os requisitos de instalação dependem do mercado-alvo e da arquitetura do sistema.
Como é que se deve Compradores Deve-se avaliar a proteção contra ilhamento ao escolher um inversor solar?
Comece por verificar se as funções de proteção e as certificações documentadas do inversor cumprem os requisitos da instalação pretendida. Esta abordagem proporciona uma base de avaliação mais completa do que a simples comparação da potência nominal ou da eficiência.
Uma sequência prática de avaliação é a seguinte:
- Identifique o mercado da rede elétrica. Determine o país, a empresa de eletricidade, a tensão nominal, a frequência e o tipo de ligação.
- Defina o modo de funcionamento. Determine se o sistema está ligado à rede, é híbrido, está fora da rede ou faz parte de uma microrrede intencional.
- Verifique as funções de proteção documentadas. Preste especial atenção às funções de proteção contra ilhamento ou anti-ilhamento e às funções relacionadas com a monitorização da rede.
- Verifique as normas aplicáveis. Compare as certificações publicadas pelo fabricante com as normas exigidas pelo projeto.
- Analise os requisitos locais de interligação. As normas das empresas de serviços públicos podem impor requisitos adicionais para além da certificação geral do produto.
- Confirme as configurações de instalação e os procedimentos de colocação em funcionamento. A seleção correta do equipamento não substitui uma instalação e colocação em funcionamento corretas.
A questão fundamental para um comprador não é, portanto, simplesmente “Este inversor tem proteção contra ilhamento?”, mas sim “Este inversor oferece a proteção documentada e a conformidade com os requisitos de interligação à rede necessárias para o meu projeto específico?”
O que se deve Compradores Lembra-se da proteção contra o funcionamento isolado?
A proteção contra o funcionamento em ilha é uma componente fundamental para a operação segura de sistemas solares ligados à rede, uma vez que ajuda a impedir que um inversor alimente involuntariamente uma parte isolada da rede elétrica. Esta proteção integra o controlo do inversor, a proteção elétrica, os requisitos da rede elétrica e a segurança dos trabalhadores numa única função ao nível do sistema.
A norma IEEE 1547 fornece um quadro importante para a interligação de recursos energéticos distribuídos (RED), enquanto a norma UL 1741 aborda os inversores e os equipamentos de interligação utilizados com os RED. A Ktech oferece proteção contra ilhamento em vários modelos de inversores, sendo que os diferentes produtos possuem certificações e cumprem as normas de rede adequadas aos mercados a que se destinam.
Antes da instalação, os instaladores e os adquirentes do sistema devem verificar a função anti-ilha do inversor, as normas aplicáveis, a compatibilidade com a rede e os requisitos locais de interligação, no âmbito da análise global do sistema.
