Projeto de proteção estrutural dos inversores fotovoltaicos

Com o rápido desenvolvimento da indústria de energias renováveis, a aplicação da geração fotovoltaica tem se tornado cada vez mais ampla. Como componente essencial dos sistemas de geração fotovoltaica, os inversores fotovoltaicos operam em ambientes externos e precisam suportar condições ambientais extremamente exigentes, até mesmo adversas.

Para os inversores fotovoltaicos destinados a uso externo, o projeto estrutural deve atender à norma IP65. Somente ao cumprir essa norma é possível garantir que nossos inversores operem de forma segura e eficiente. A classificação IP refere-se ao grau de proteção do invólucro de equipamentos elétricos contra a penetração de objetos estranhos. Essa norma tem origem na IEC 60529, publicada pela Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), e foi adotada como norma nacional dos Estados Unidos em 2004. Quando falamos em IP65, o “IP” é a sigla para Ingress Protection (proteção contra a penetração), o “6” indica o nível de proteção contra poeira (nível 6: total impedimento da entrada de poeira) e o “5” indica o nível de proteção contra água (nível 5: o produto não sofre qualquer dano após ser exposto a jatos de água).

Para atender às exigências de projeto acima, o projeto estrutural do inversor fotovoltaico deve ser extremamente rigoroso e cuidadoso. É exatamente essa a razão pela qual, em aplicações no campo, problemas surgem com grande facilidade. Então, como devemos projetar um produto inversor que seja plenamente conforme as normas?

Atualmente, existem principalmente dois métodos de proteção utilizados na indústria para a junção entre a tampa superior do inversor e o corpo do equipamento. Um deles consiste no uso de uma junta de vedação à prova d’água em silicone. Essa junta geralmente tem 2 mm de espessura, é inserida entre a tampa superior e o corpo do equipamento e, por meio de pressão, garante a impermeabilidade e a proteção contra poeira. No entanto, esse tipo de projeto de proteção é limitado pela capacidade de deformação e pela dureza da junta de silicone, sendo adequado apenas para pequenos invólucros de inversores de 1 a 2 kW. Para invólucros de maior potência, essa solução apresenta riscos adicionais quanto à eficácia da proteção.

A figura a seguir mostra:

Do outro lado, utiliza-se espuma de poliuretano da empresa alemã RAMPF para a proteção; essa espuma é produzida por meio de um processo de moldagem por expansão controlada por CNC e é diretamente aderida às peças estruturais, como a tampa superior, apresentando uma taxa de deformação de até 50%. Essas características são particularmente adequadas para o projeto de proteção de inversores de médio e grande porte fabricados por nossa empresa.

A figura a seguir mostra

Ao mesmo tempo, e mais importante ainda, no projeto estrutural, a fim de garantir elevada resistência à água, deve ser prevista uma canaleta de vedação entre a tampa superior do gabinete do inversor fotovoltaico e o corpo do gabinete, de modo a assegurar que, mesmo que névoa d’água penetre no interior do inversor através das fendas entre a tampa e o corpo, as gotas sejam conduzidas para fora por meio do reservatório externo, evitando assim sua entrada no interior do gabinete.

Nos últimos anos, o mercado de energia fotovoltaica tem sido extremamente competitivo. Para controlar os custos, alguns fabricantes de inversores têm recorrido a simplificações e substituições no projeto de proteção e na escolha dos materiais. Por exemplo, como ilustrado na figura a seguir:

No lado esquerdo, adotou-se um projeto voltado para a redução de custos. A caixa é fabricada por conformação dobrada, e o controle de custos concentra-se principalmente nos materiais e nos processos de chapa metálica. Em comparação com a caixa de três dobras do lado direito, a caixa do lado esquerdo apresenta significativamente menos canais de drenagem e uma resistência estrutural muito inferior. Esses aspectos projetuais possuem um grande potencial de aplicação na melhoria da estanqueidade à água dos inversores.

Além disso, como o invólucro do inversor foi projetado para atender ao grau de proteção IP65 e a temperatura interna do inversor eleva-se durante a operação, a diferença de pressão resultante das altas temperaturas internas e das variações do ambiente externo pode provocar a infiltração de água, danificando os componentes eletrônicos sensíveis. Para evitar esse problema, costumamos instalar uma válvula impermeável e respirável no invólucro do inversor. Essa válvula equilibra efetivamente a pressão, reduz a formação de condensação no interior do sistema de vedação e, ao mesmo tempo, impede a entrada de poeira e líquidos, aumentando assim a segurança, a confiabilidade e a vida útil dos produtos de inversor.

Portanto, podemos constatar que um projeto estrutural adequado de inversores fotovoltaicos exige um planejamento e uma seleção cuidadosos e rigorosos, o que se aplica não apenas ao projeto da carcaça do equipamento, mas também aos materiais utilizados. Caso contrário, a simplificação indiscriminada dos requisitos de projeto com o objetivo de reduzir custos apenas acarretará riscos significativos para a operação estável de longo prazo dos inversores fotovoltaicos.