Projeto elétrico fotovoltaico: diagrama, proteções e aterramento

O que é o projeto elétrico fotovoltaico (na prática)

O projeto elétrico fotovoltaico é o conjunto de definições e desenhos que descrevem como os circuitos em corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA) serão interligados, protegidos e aterrados, garantindo operação segura, manutenção simples e compatibilidade com o inversor e com a rede. Na prática, ele responde a perguntas objetivas: quantas strings existirão, em quais MPPTs entrarão, por onde passarão os cabos, onde haverá seccionamento, quais proteções serão usadas (fusíveis/disjuntores/DPS), como será feito o aterramento/equipotencialização e como tudo será identificado.

Estrutura do projeto: o que deve aparecer nos desenhos e memoriais

• Diagrama unifilar (visão simplificada do sistema e proteções).
• Diagrama trifilar (detalhe de fases/neutro/PE e conexões no lado CA).
• Mapa de strings e MPPTs (identificação, quantidade de módulos por string, destino de cada string).
• Rotas de cabos (trajetos, comprimentos estimados, método de instalação, pontos de fixação e passagens).
• Pontos de seccionamento (onde desligar CC e CA para manutenção/ emergência).
• Quadros de proteções CC e CA (componentes, calibres, curvas, Icc, Imax, Up, etc.).
• Memorial de cálculo (cabos por corrente/queda de tensão/temperatura/método; coordenação de proteções; aterramento/equipotencialização).
• Plano de identificação (cores, etiquetas, numeração de strings, avisos).

Diagramas: unifilar e trifilar (como elaborar)

Diagrama unifilar: o mínimo que não pode faltar

O unifilar representa cada circuito por uma linha, com setas/etiquetas indicando origem e destino. Ele deve mostrar claramente: arranjo FV (strings), caixa de junção/combiner (se houver), seccionamento CC, DPS CC, entrada do inversor (por MPPT), saída CA do inversor, seccionamento CA, DPS CA, disjuntor de interligação e ponto de conexão ao quadro geral/medição.

Modelo textual de diagrama unifilar (exemplo)

STRING S1 (n módulos em série) ---- fusível gPV (se aplicável) ----+  |  STRING S2 ---------------------- fusível gPV (se aplicável) ----+--> BARRAMENTO +/− CC (COMBINER) --> CHAVE SECCIONADORA CC --> DPS CC (Tipo 2) --> INVERSOR (MPPT1)  STRING S3 ---------------------- fusível gPV (se aplicável) ----+  |  STRING S4 ---------------------- fusível gPV (se aplicável) ----+--> BARRAMENTO +/− CC (COMBINER) --> CHAVE SECCIONADORA CC --> DPS CC (Tipo 2) --> INVERSOR (MPPT2)  INVERSOR (SAÍDA CA) --> DISJUNTOR CA (curva adequada) --> CHAVE SECCIONADORA CA --> DPS CA (Tipo 2) --> QUADRO GERAL / PONTO DE CONEXÃO  PE (terra): estruturas/molduras/inversor/quadro CC/quadro CA --> BARRAMENTO DE TERRA (BEP) --> ELETRODO(S) DE ATERRAMENTO

Observação: o uso de combiner e fusíveis por string depende da quantidade de strings em paralelo e da capacidade de retorno de corrente; isso deve ser decidido no item de coordenação de proteções.

Diagrama trifilar: quando e como detalhar

O trifilar é especialmente útil no lado CA para deixar inequívoco como fases, neutro e condutor de proteção (PE) estão conectados, além de facilitar a verificação de seccionamento e DPS. Ele deve indicar: número de fases do inversor (mono/bi/tri), presença de neutro, esquema de aterramento do local (ex.: TN/TT), condutor PE, barramentos e a posição do DPS (com ligação curta ao PE).

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Modelo textual de diagrama trifilar (exemplo monofásico)

INVERSOR CA:   L  ------------------ disjuntor 2P (L+N ou 1P+N conforme projeto) ---- seccionadora CA ---- DPS CA (L-N / L-PE / N-PE conforme arranjo) ----> QDG  N  ------------------ disjuntor 2P ------------------------------ seccionadora CA ----------------------------------------------> QDG  PE ------------------ barramento PE (inversor) --------------------> BEP / barramento de equipotencialização ------------------------------> aterramento

Modelo textual de diagrama trifilar (exemplo trifásico)

INVERSOR CA:   L1 ---------------- disjuntor 4P (L1 L2 L3 N) ---- seccionadora CA ---- DPS CA ----> QDG  L2 ---------------- disjuntor 4P ------------------------ seccionadora CA ---- DPS CA ----> QDG  L3 ---------------- disjuntor 4P ------------------------ seccionadora CA ---- DPS CA ----> QDG  N  ---------------- disjuntor 4P ------------------------ seccionadora CA ---- DPS CA ----> QDG  PE ---------------- barramento PE ---------------------------------------------> BEP ----> aterramento

Identificação de strings e MPPTs (evita erros e acelera manutenção)

Como nomear strings

Adote um padrão fixo e repetível. Exemplo: FV-S{n} para string e MPPT{n} para entrada do inversor. Em instalações com mais de um arranjo (telhados diferentes), inclua o setor: T1-FV-S01, T2-FV-S01.

• Etiqueta no cabo: próxima ao conector no telhado e na entrada do quadro CC/inversor.
• Etiqueta no desenho: mesma nomenclatura do campo.
• Mapa de strings: tabela com “String → quantidade de módulos → orientação/inclinação → MPPT → comprimento estimado de cabos”.

Distribuição por MPPT (critério prático)

Em geral, agrupe no mesmo MPPT strings com condições elétricas e de irradiância semelhantes (mesma quantidade de módulos, mesma orientação e inclinação, sombreamento parecido). No projeto, registre explicitamente: MPPT1: S1+S2, MPPT2: S3+S4 etc., e indique se há paralelismo externo (combiner) ou interno (entradas múltiplas do inversor).

Rotas de cabos: como desenhar e especificar

O que a rota precisa informar

• Origem e destino (ex.: “String S1 do telhado ao quadro CC”).
• Comprimento estimado (para queda de tensão e compra).
• Método de instalação (eletroduto embutido, aparente, leito, eletrocalha, conduíte metálico, duto corrugado, etc.).
• Ambiente (externo, interno, exposto ao sol, proximidade de fontes de calor).
• Separação física entre CC e CA e entre circuitos de sinal/comunicação (quando houver).
• Pontos de passagem (caixas, curvas, passagens de telhado, selagens).

Passo a passo para definir rotas

1. Marque no croqui/planta o local dos módulos, do inversor, do quadro CC (se existir) e do quadro CA/ponto de conexão.
2. Escolha o caminho mais curto e acessível, evitando áreas com risco mecânico (quinas, locais de pisoteio) e calor excessivo.
3. Defina o método de instalação por trecho (ex.: telhado em eletroduto UV; descida em eletroduto metálico; interno em eletroduto embutido).
4. Estime comprimentos por trecho e some para cada circuito (ida e volta em CC; fase/neutro/PE em CA).
5. Reserve pontos de seccionamento acessíveis (próximo ao inversor e/ou próximo ao arranjo, conforme estratégia do projeto).
6. Registre no memorial as premissas: temperatura ambiente, agrupamento de circuitos, tipo de cabo e proteção mecânica.

Pontos de seccionamento: onde desligar com segurança

Seccionamento é a capacidade de isolar circuitos para manutenção e emergência. No projeto, indique claramente onde e o que cada chave secciona.

• Seccionamento CC: normalmente entre arranjo/combiner e o inversor (ou integrado ao inversor, quando existente). Deve ser dimensionado para tensão/corrente CC do arranjo.
• Seccionamento CA: entre a saída do inversor e o ponto de conexão ao quadro. Facilita manutenção do inversor sem desligar toda a instalação.
• Acessibilidade: posicione em local de fácil acesso, identificado e próximo ao equipamento que será mantido.

Quadro de proteções CC e CA: composição típica

Quadro CC (quando aplicável)

Usado quando há múltiplas strings, necessidade de fusíveis por string, DPS externo, ou quando o inversor fica distante do arranjo. Elementos comuns:

• Fusíveis gPV por string (ou disjuntores CC por string, quando aplicável e adequado).
• Barramentos + e − (ou bornes de distribuição).
• Chave seccionadora CC (geral do arranjo).
• DPS CC (normalmente Tipo 2; Tipo 1+2 quando aplicável por exposição/risco).
• Barramento de terra para equipotencialização e ligação do DPS ao PE com condutor curto.

Quadro CA

Elementos comuns:

• Disjuntor do inversor (proteção do circuito de saída do inversor e seccionamento funcional, quando permitido).
• Chave seccionadora CA (quando desejado seccionamento dedicado).
• DPS CA (normalmente Tipo 2 no quadro de interligação).
• Barramentos de fase(s), neutro e PE.

Coordenação de disjuntores e fusíveis (CC e CA)

Objetivo da coordenação

Garantir que, em uma falha, o dispositivo correto atue primeiro (seletividade quando possível) e que nenhum componente opere acima do seu limite. No lado CC, um ponto crítico é evitar que uma string defeituosa receba corrente reversa das demais strings em paralelo.

Quando usar fusível por string (regra prática de projeto)

Em arranjos com strings em paralelo, avalie a corrente reversa possível. Se a corrente que pode retornar para uma string exceder a capacidade admissível dos módulos/cabos, use fusíveis gPV por string. No memorial, registre: número de strings em paralelo por MPPT/combiner, corrente de curto-circuito da string e critério adotado para necessidade de fusível.

Seleção prática de fusíveis gPV

• Tensão: compatível com a tensão máxima do arranjo (considerando condições de frio).
• Corrente: dimensionada para conduzir a corrente operacional da string sem atuar indevidamente e ainda proteger contra retorno.
• Curva/Aplicação: fusível específico para fotovoltaico (gPV), adequado para CC.

Disjuntor no lado CA (seleção prática)

• Corrente nominal: baseada na corrente máxima de saída do inversor e nas condições de instalação (temperatura/agrupamento).
• Número de polos: conforme sistema (1P, 2P, 3P, 4P) e necessidade de seccionar neutro.
• Curva: compatível com características do circuito (evitar disparos indevidos e garantir proteção).
• Poder de interrupção: compatível com a corrente de curto-circuito disponível no ponto de conexão.

DPS em CC e CA: posicionamento e critérios

O que o DPS faz no sistema

O DPS (dispositivo de proteção contra surtos) limita sobretensões transitórias (por manobras e descargas atmosféricas indiretas), desviando energia para o sistema de aterramento. Ele não substitui disjuntores/fusíveis.

DPS no lado CC

• Onde instalar: próximo ao inversor e/ou no quadro CC (especialmente se o cabo do arranjo até o inversor for longo).
• Conexão ao terra: condutor curto e reto ao barramento de terra (reduz indutância e melhora desempenho).
• Especificação: tensão máxima contínua (Uc) compatível com a tensão do arranjo; tecnologia e nível de proteção (Up) conforme projeto.

DPS no lado CA

• Onde instalar: no quadro de interligação do inversor e, quando aplicável, no quadro geral (coordenação em cascata).
• Arranjo: conforme sistema (L-N, L-PE, N-PE) e esquema de aterramento do local.
• Coordenação: quando houver mais de um DPS em série (ex.: quadro geral e quadro do inversor), registre no projeto a estratégia de coordenação para evitar sobrecarga do DPS mais próximo do equipamento.

Aterramento e equipotencialização: critérios de projeto

Equipotencialização (o que é e por que importa)

Equipotencialização é interligar partes metálicas e massas dos equipamentos ao mesmo referencial de terra (BEP/barramento principal), reduzindo tensões de toque e melhorando o caminho de escoamento de surtos. No sistema FV, isso inclui: estruturas de fixação, molduras dos módulos (quando aplicável), carcaça do inversor, quadros metálicos, eletrocalhas metálicas e blindagens.

Como definir o arranjo de aterramento no projeto

• Ponto de referência: indique o BEP/barramento de terra principal do local e como o sistema FV se conecta a ele.
• Condutor de proteção (PE): especifique bitola, rota e pontos de conexão (inversor, quadros, estruturas).
• Estruturas e módulos: detalhe o método de interligação (jumpers, conectores apropriados, continuidade elétrica entre trilhos).
• Condutor do DPS: mantenha o mais curto possível até o barramento de terra, evitando laços.

Proteção contra choques e surtos (visão de projeto)

• Choques: assegure continuidade do PE, conexões firmes, identificação e seccionamento adequado para manutenção.
• Surtos: DPS bem posicionado, condutores curtos para terra, equipotencialização de massas e rotas de cabos que minimizem laços.

Seleção de cabos: corrente, queda de tensão, temperatura e método de instalação

1) Dimensionamento por corrente (ampacidade)

O cabo deve suportar a corrente do circuito sem ultrapassar limites térmicos, considerando o método de instalação e fatores de correção (temperatura ambiente, agrupamento de circuitos, tipo de isolação). No projeto, para cada circuito (string CC, alimentação CA do inversor, PE), registre: corrente de projeto, método de instalação e bitola escolhida.

2) Queda de tensão (critério prático)

Queda de tensão excessiva reduz desempenho e pode causar operação fora da faixa ideal. Defina no memorial um limite de projeto (por exemplo, um percentual máximo por trecho ou total) e calcule com base no comprimento real (ida e volta em CC) e na corrente do circuito. Registre o comprimento estimado e a queda calculada para cada circuito principal.

3) Temperatura e exposição

• Externo e exposto ao sol: considerar aquecimento e escolher cabo/isolação adequados ao ambiente, além de proteção mecânica/UV quando necessário.
• Próximo a telhas metálicas, lajes e forros quentes: aplicar fator de correção por temperatura e prever afastamentos/rotas alternativas.

4) Método de instalação e agrupamento

O método (eletroduto, bandeja, enterrado, ao ar livre) altera a capacidade de condução de corrente. Além disso, vários circuitos no mesmo eletroduto/bandeja exigem correção por agrupamento. No projeto, descreva por trecho: tipo de eletroduto/canaleta, taxa de ocupação e quantidade de circuitos agrupados.

Exemplo prático (como documentar um circuito no memorial)

Observação: os valores de bitola no exemplo são ilustrativos; no projeto real, a bitola final deve sair do cálculo com fatores de correção e limites de queda de tensão definidos.

Identificação por cores e etiquetagem (padrão de campo alinhado ao desenho)

Cores (prática recomendada no projeto)

• PE (terra): verde/amarelo.
• Neutro (quando existente): azul-claro.
• Fases CA: cores definidas pelo padrão do cliente/instalação (manter consistência em todo o projeto).
• CC positivo/negativo: mantenha padrão fixo e identifique claramente (muitos cabos FV já seguem convenção de fábrica; ainda assim, etiquete).

Etiquetas obrigatórias (checklist de identificação)

• Em cada string: etiqueta “FV-Sxx” em ambas as extremidades.
• Em cada entrada MPPT: etiqueta “MPPT1 (+/−)”, “MPPT2 (+/−)”.
• No quadro CC: identificação de fusíveis por string, chave seccionadora CC, DPS CC, polaridade dos barramentos.
• No quadro CA: disjuntor do inversor, seccionadora CA, DPS CA, circuito de interligação ao QDG.
• Avisos: indicação de presença de dupla alimentação (rede + geração), tensão CC presente durante insolação, e ponto de seccionamento.

Modelos de tabelas para o projeto (copiar e preencher)

1) Tabela de strings e MPPT

2) Tabela de proteções

Passo a passo prático: montando o projeto elétrico do zero

Passo 1 — Liste entradas/saídas e defina o escopo

• Quantas strings existirão e onde estão fisicamente.
• Quantos MPPTs serão usados e quais strings vão em cada um.
• Onde ficará o inversor e onde será o ponto de conexão no quadro.

Passo 2 — Desenhe o unifilar completo

• Represente strings, paralelismo (se houver), quadro CC, seccionamento CC, DPS CC, inversor, disjuntor CA, seccionamento CA, DPS CA e conexão ao QDG.
• Inclua nomes: FV-Sxx, MPPTx, QCC, QCA, QDG.

Passo 3 — Desenhe o trifilar do lado CA

• Indique fases, neutro e PE do inversor até o QDG.
• Mostre claramente a ligação do DPS ao PE e os barramentos.

Passo 4 — Faça o mapa de strings e a tabela de rotas

• Para cada string: comprimento, método de instalação e pontos de passagem.
• Para CA: comprimento do circuito do inversor ao QDG e método de instalação.

Passo 5 — Selecione cabos (corrente + queda + correções)

• Calcule a corrente de projeto de cada circuito.
• Aplique fatores de correção por temperatura e agrupamento conforme o método de instalação.
• Verifique queda de tensão com o comprimento real.
• Registre a bitola final e o tipo de cabo por trecho.

Passo 6 — Defina proteções e coordenação

• Decida se haverá fusível por string (e onde).
• Escolha seccionadoras CC e CA com tensão/corrente adequadas.
• Especifique disjuntor CA com polos/curva/Icn compatíveis.
• Escolha DPS CC e CA e defina posicionamento e ligação ao terra.

Passo 7 — Aterramento/equipotencialização e detalhes construtivos

• Desenhe o caminho do PE e o ponto de conexão ao BEP.
• Detalhe a equipotencialização de estruturas e carcaças.
• Indique condutores curtos do DPS ao barramento de terra.

Passo 8 — Padronize identificação (cores e etiquetas) e revise consistência

• Garanta que nomes no desenho batem com etiquetas de campo.
• Garanta que polaridade CC está consistente em todo o projeto.
• Garanta que o trifilar CA corresponde ao unifilar.

Checklist de verificação do projeto antes da compra de materiais

• Strings e MPPTs
  • Mapa de strings preenchido (FV-Sxx) com destino por MPPT.
  • Strings com mesma quantidade de módulos e condições similares agrupadas no mesmo MPPT.
  • Paralelismos identificados (interno no inversor ou externo no combiner).
• Diagramas
  • Unifilar contém: strings, proteções CC, seccionamento CC, DPS CC, inversor, proteções CA, seccionamento CA, DPS CA, ponto de conexão.
  • Trifilar CA contém: fases, neutro (se aplicável), PE, barramentos e ligação do DPS ao PE.
• Rotas e instalação
  • Rotas de cabos desenhadas com comprimentos estimados por trecho.
  • Método de instalação definido por trecho (eletroduto/bandeja/externo/interno).
  • Separação física entre CC e CA prevista quando necessário.
  • Pontos de passagem e selagens (telhado/parede) definidos.
• Cabos
  • Bitolas definidas por circuito com base em corrente e fatores de correção (temperatura/agrupamento).
  • Queda de tensão verificada para CC (ida+volta) e CA.
  • Tipo de cabo/isolação adequado ao ambiente (externo/UV/temperatura).
  • Condutor PE dimensionado e com rota definida até o BEP.
• Proteções CC
  • Decisão documentada sobre fusíveis gPV por string (necessário ou não) e critério usado.
  • Seccionadora CC especificada para tensão/corrente CC do arranjo.
  • DPS CC especificado (Tipo, Uc, Up) e com ligação curta ao terra prevista.
• Proteções CA
  • Disjuntor CA especificado (corrente, polos, curva, Icn) compatível com o ponto de conexão.
  • Seccionamento CA previsto e acessível.
  • DPS CA especificado e posicionado com ligação curta ao PE.
• Aterramento/equipotencialização
  • Interligação de estruturas, carcaças e quadros ao BEP definida.
  • Conexões de terra do DPS (CC e CA) com condutor curto e trajeto direto.
  • Continuidade elétrica das partes metálicas prevista (pontos de conexão e jumpers).
• Identificação
  • Padrão de cores definido (PE, neutro, fases, CC +/−) e aplicado no projeto.
  • Plano de etiquetagem: strings, MPPTs, quadros, seccionadoras, DPS e disjuntores.
  • Avisos e sinalizações previstos nos quadros e pontos de seccionamento.
• Lista de materiais (BOM) conferida
  • Comprimentos de cabos com folga de instalação e perdas por curvas/passagens.
  • Quantidade de conectores, eletrodutos, curvas, caixas e prensa-cabos compatível com as rotas.
  • Quadros com grau de proteção adequado ao local de instalação.
  • Compatibilidade de tensão/corrente entre cabos, conectores, seccionadoras, fusíveis/disjuntores e DPS.