Merivaldo de Freitas Brito
Universidade Estadual do Ceará- UECE, Brasil
E-mail: merivaldo@mbritto.com.br
O panorama atual da geração de energia solar destaca um potencial significativo para expansão, com apenas 2 milhões de pessoas atualmente envolvidas e mais de 89 milhões de pessoas capazes de contribuir. Esse cenário aponta para uma ampla oportunidade no setor da energia solar fotovoltaica, especialmente na modalidade de Geração Distribuída (GD), desempenha um papel essencial na matriz energética global, incluindo o cenário brasileiro. O crescimento exponencial está diretamente relacionado ao aumento da adoção de inversores string, conforme estabelecido pela norma portaria 515/2023 do INMETRO. Esta regulamentação impõe a obrigatoriedade de inversores com proteção contra arco elétrico (AFCI), visando a segurança e prevenção de incêndios. A Lei 14300/2022 contribuiu para o crescimento significativo do número de empresas no setor solar, atingindo a marca de 26.640 empresas integradoras fotovoltaicas ativas. O aumento na micro e minigeração de energia solar também está em ascensão, impulsionando o desenvolvimento do mercado. No entanto, o aumento da atividade no setor também trouxe consigo um aumento no número de acidentes relacionados, destacando a importância da conformidade com as normas de segurança. Como metodologia adota uma abordagem descritiva e estudo de caso, de caráter qualitativo, bem como fontes bibliográficas em livros, artigos e periódicos online, busca-se compreender e temática da aplicação da IA na segurança de sistemas solares fotovoltaicos, bem como a análise de casos específicos que exemplifiquem a eficácia da IA na prevenção e resposta a incidentes de incêndio em instalações solares. O cenário atual do setor de energia solar no contexto das normas e leis mencionadas indica um crescimento expressivo, mas também destaca a necessidade contínua de vigilância e implementação de medidas de segurança para mitigar os riscos associados ao aumento da atividade no setor. Sendo assim, a sua utilização deve ser incentivada e regulamentada de acordo com as normas de segurança em vigor.
Palavras-chave: Inteligência Artificial; Sistema Solar; Fotovoltaico; Segurança; Incêndio.
ABSTRACT
The current landscape of solar power generation highlights significant potential for expansion, with just 2 million people currently involved and more than 89 million people able to contribute. This scenario points to a broad opportunity in the photovoltaic solar energy sector, especially in the Distributed Generation (DG) modality, which plays an essential role in the global energy matrix, including the Brazilian scenario. The exponential growth is directly related to the increase in the adoption of string inverters, as established by INMETRO ordinance 515/2023. This regulation imposes mandatory inverters with electric arc protection (AFCI), aiming at safety and fire prevention. Law 14300/2022 contributed to the significant growth in the number of companies in the solar sector, reaching the mark of 26,640 active photovoltaic integrator companies. The increase in micro and mini generation of solar energy is also on the rise, driving market development. However, increased activity in the sector has also brought with it an increase in the number of related accidents, highlighting the importance of compliance with safety standards. As a methodology, it adopts a descriptive approach and case study, of a qualitative nature, as well as bibliographical sources in books, articles and online journals, seeking to understand the application of AI in the safety of photovoltaic solar systems, as well as case analysis. specifications that exemplify the effectiveness of AI in preventing and responding to fire incidents in solar installations. The current scenario of the solar energy sector in the context of the aforementioned standards and laws indicates significant growth, but also highlights the continued need for vigilance and implementation of security measures to mitigate the risks associated with increased activity in the sector. Therefore, its use must be encouraged and regulated in accordance with current safety standards.
Keywords: Artificial Intelligence; Solar system; Photovoltaic; Security; Fire.
1. INTRODUÇÃO
O uso de inteligência artificial na segurança em Sistema Fotovoltaico (FV) - Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI). Este trabalho explora como a inteligência artificial pode ser aplicada para melhorar a segurança e proteção da vida de usuários do sistema solar FV.
A aplicação da UL1699B em sistema solar FV, onde aborda-se a importância da conformidade com normas de segurança, como a UL1699B, em sistemas solares FV. Será discutido como essa norma contribui para garantir a segurança elétrica e prevenir riscos em sistemas FV. Explora-se neste trabalho, a importância da IA na previsão da geração de energia solar, utilizando análise de dados meteorológicos e padrões de insolação. Destaca-se a necessidade de modelos preditivos precisos para planejar o fornecimento de energia de forma eficiente e confiável ao longo do tempo de operação dos sistemas fotovoltaicos.
O emprego da inteligência artificial visa proporcionar uma camada avançada de proteção, garantindo maior segurança em instalações residenciais, comerciais, industriais e rurais, tanto em Geração Distribuída (GD) quanto em Geração Centralizada (GC).
Este artigo tem como objetivo analisar a aplicação da Inteligência Artificial (IA) na segurança contra incêndios em sistemas solares fotovoltaicos, com foco no aprimoramento e otimização dos processos de prevenção, detecção e resposta aos incidentes relacionados a incêndios. A análise encontra-se fundamentada em dados relevantes provenientes de instituições governamentais e não governamentais, visando garantir uma avaliação embasada e atualizada sobre energia solar fotovoltaica, legislação e práticas de mercado.
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2. MÉTODOS E RESULTADOS
Como metodologia utiliza-se a pesquisa bibliográfica mediante a consulta a livros, artigos e periódicos online, abrangendo temas como energia solar FV, transição energética, políticas energéticas, regulamentação do setor, incentivos fiscais e financeiros, inovação tecnológica, entre outros relevantes. As fontes de referência incluíram não apenas publicações acadêmicas, mas também relatórios técnicos, documentos normativos e publicações de órgãos governamentais. A interpretação dos resultados se deu mediante uma análise aprofundada dos dados, relacionando-os diretamente com os objetivos específicos delineados na pesquisa (Gil, 2017).
Os sistemas de energia solar FV, geram eletricidade através da conversão da irradiação do sol, sendo dois tipos básicos de sistemas: os Isolados (Off-grid) ou conectados à rede (On-grid) da Concessionária.
A aprovação da Lei 14.300, de 06 de janeiro de 2022, busca a permissão do uso dos inversores híbridos (on grid com acoplamento para bateria), de acordo com a Portaria nº 140, INMETRO, de 21 de março de 2022. Diferencial da tecnologia dos inversores híbridos, que o mesmo pode ser utilizado tanto em sistema off grid como em sistema on grid, ele nos permite, quando houver uma falta de energia da concessionária local ou não tiver irradiação, pode ser obtido através da bateria, energia para alimentar determinada carga, ou de acordo com dimensionamento até mesmo alimentar toda carga (Brasil, 2022).
Essas inovações estão associadas à Microgeração e Minigeração Distribuídas de Energia Elétrica (MMGD), e ao Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE). As diretrizes que normatizam a MMGD foram sujeitas a ajustes pela ANEEL ao longo do tempo, incluindo modificações nos limites de potência instalada e nas modalidades de participação no SCEE (ANEEL, 2023). Essas alterações foram implementadas por meio de Resoluções Normativas, a exemplo da nº 687, datada de 24 de novembro de 2015, e da nº 786, de 17 de outubro de 2017, conforme indicado pelo Ministério de Minas e Energia (MME, 2023).
A Resolução Normativa nº 1.059, de 7 de fevereiro de 2023, promoveu ajustes nos regulamentos da ANEEL em conformidade com a Lei nº 14.300/2022 Além disso, consolidou as disposições relacionadas à MMGD e ao SCEE nas condições gerais de fornecimento de energia, como estabelecido na Resolução Normativa nº 1.000/2021 (MME, 2023).
A capacidade de garantir que o sistema seja desligado automaticamente em caso de falhas por arco elétrico não apenas protege a vida dos usuários, mas também resguarda suas propriedades de danos potenciais. Esse estudo de caso destaca que a tecnologia AFCI, combinada com inversores de string, pode ser uma opção segura e viável, mesmo na ausência de otimizadores de potência, contribuindo para uma indústria solar mais segura e confiável. As Figuras 1 e 2 que se seguem proporcionam uma representação visual do sistema em pleno funcionamento, destacando um sistema solar FV com uma capacidade total de 24,9 kWp. Essas imagens capturam a eficiência e a operação do sistema, permitindo uma visão direta de como a energia solar está sendo convertida em eletricidade.
Figura 1 – Sistemas solar FV de 24,9 KWp
A Figura 1 apresenta o sistema solar em toda a sua magnitude, revelando a instalação completa com seus painéis solares em posição, prontos para capturar a luz do sol. Essa imagem é uma representação vívida da escala da instalação e da infraestrutura envolvida. Já a Figura 2 oferece uma visão mais próxima e detalhada do sistema solar, demonstrando a foto da instalação do inversor com uma capacidade de 20kW (quilowatts) na instalação. A capacidade de 20 kW indica a potência que o inversor pode converter a partir dos painéis solares FV . Essa representação visual é valiosa para acompanhamento, manutenção e documentação do sistema solar FV, permitindo uma análise detalhada da configuração e conexões do inversor.
Figura 2 – Foto da instalação do Inversor String – 20 kW
O cenário desafiador para usuários quando um aplicativo de monitoramento apresenta a notificação de "Desativação Inesperada". Essa mensagem indica que o aplicativo encontrou um erro não previsto, levando ao encerramento abrupto. A conectividade à Internet é identificada como um ponto crítico a ser avaliado, pois problemas nessa área podem causar falhas no aplicativo de monitoramento.
Torna-se importante revisar as configurações do dispositivo onde o aplicativo está instalado e garantir a atualização do sistema operacional, pois configurações inadequadas podem ser a causa de problemas. A Figura 3 apresenta visualmente a falha no aplicativo de monitoramento, indicando uma falha de desligamento.
Figura 3 - Falha no aplicativo de monitoramento (acusando falha de desligamento)
O alarme emitido pelo sistema de monitoramento do inversor, indicando uma "Falha de desligamento inesperado do inversor", é um alerta que merece atenção. Essa mensagem aponta que ocorreu uma interrupção não programada no funcionamento do inversor. É recomendável avaliar as configurações do inversor e garantir que estejam de acordo com as especificações recomendadas. Às vezes, ajustes inadequados podem resultar em desligamentos inesperados. A Figura 4 ilustra um alarme no sistema de monitoramento de inversor, que está indicando uma falha de desligamento inesperado do inversor.
Figura 4 – Alarme no sistema de monitoramento do inversor
acusando falha de desligamento inesperado do inversor
Verifica-se que a falha de desligamento inesperado do inversor, requer uma abordagem cuidadosa para determinar a causa subjacente e adotar medidas adequadas para restaurar o funcionamento normal do sistema de energia solar.
O inversor enfrentou uma situação de falha que desencadeou um alarme com o código 2003-5, apontando para a ativação do AFCI (Interruptor de Circuito Anti-Arco Elétrico). Essa circunstância específica gerou um alerta crítico que foi imediatamente comunicado por meio de um e-mail. A Figura 5 apresenta uma falha no inversor, com o erro “alarme 2003-5”.
Figura 5 – Falha no inversor (alarme 2003-5 – AFCI)
Verifica-se que o sistema de monitoramento do inversor detectou a ocorrência do alarme 2003-5 relacionado ao AFCI, uma notificação por e-mail foi gerada e enviada aos responsáveis pela operação do sistema solar. Esse tipo de notificação é fundamental, pois permite uma resposta rápida a problemas potencialmente perigosos, como arcos elétricos.
A mensagem de e-mail fornecia informações cruciais sobre a natureza da falha e o código específico do alarme. Esse nível de detalhe é essencial para entender o que causou o problema e quais medidas corretivas podem ser necessárias. Com base nessa notificação, os operadores do sistema puderam investigar e tomar as providências adequadas para resolver a falha do inversor. A identificação da falha foi causada devido uma má instalação, onde os cabos de corrente contínua enrolados junto ao conector MC4 na String 5, gerou um superaquecimento no conector MC4. Nesse caso o AFCI com IA foi um passo fundamental para interromper o fluxo reverso da corrente, não deixando ocorrer a ruptura do conector MC4 que consequentemente geraria arco-elétrico, que levaria ao incêndio. Uma vez que a equipe de campo identificou a falha de instalação, medidas corretivas puderam ser implementadas imediatamente, conforme apresentado na Figura 6.
Figura 6 – Causa da Falha conector MC4 na String 5
Essas medidas podem incluir a substituição do conector MC4 defeituoso, a reavaliação das conexões em toda a instalação para garantir que estejam devidamente apertadas e seguras, além de outras ações necessárias para restaurar a funcionalidade do sistema. O superaquecimento de conectores pode ser causado por diversos fatores, como conexões defeituosas, sobrecarga elétrica ou problemas de dimensionamento inadequado. Independentemente da causa, essa condição pode levar a danos nos conectores, elevando o risco de incêndio e afetando o funcionamento do sistema.
Desta forma, a identificação do conector com início de superaquecimento destaca a importância da manutenção preventiva em sistemas de energia solar FV. A inspeção regular e a detecção precoce de problemas, como superaquecimento, desempenham um papel fundamental na prevenção de danos mais sérios e na manutenção da segurança e eficiência do sistema. Portanto, essa descoberta deve ser tratada com a devida atenção e ação imediata.
3. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Foram obtidos todos dados onde o inversor teve uma desligamento inesperado, ou seja, deixando de gerar o fluxo reverso da corrente, onde foi possível observar a existência de tensão, com inversor automaticamente através da IA desligamento o fluxo reverso da corrente, lembrando que para acontecer um arco elétrico temos que ter uma ruptura de dois pólos, ou seja, é o acontecimento que surge devido a uma descarga elétrica entre dois pólos, superior a resistência do ar e mantida pela formação de gases que agem como meio condutor para a corrente elétrica que que pode ser originada devido a uma falha humana (técnicos no ato da ligação), ou falha de produtos, que pode levar a um arco elétrico do lado CC e com isso levar a propagar a um incêndio causando prejuízos e danos aos usuários.
Em contraste com a vasta experiência acumulada ao longo de décadas em instalações fotovoltaicas (PV) em climas mais temperados, percebe-se os efeitos das temperaturas operacionais extremas e dos níveis extremos de irradiância solar à medida que a absorção de energia FV em grande escala se expande nas regiões do mundo conhecidas como o "cinturão solar". Um desses efeitos é desencadeado por eventos de irradiância solar extrema, que, até recentemente, eram mais objeto de interesse científico do que um problema potencial que afetasse o desempenho das usinas FV (Nascimento, et al., 2019). Os resultados experimentais comprovam que os harmônicos gerados pela ignição e extinção de uma falha de arco podem ser identificados por meio das medições de tensão na fonte de tensão onde os dispositivos de proteção contra falhas de arco (AFCI) estão instalados (Kim et al., 2022).
As falhas por arco em sistemas FV, especialmente as falhas por arco em série, estão se tornando mais frequentes. Sem a detecção e interrupção oportunas, esses eventos perigosos têm o potencial de desencadear incêndios catastróficos, representando uma ameaça grave à segurança de indivíduos e propriedades (Lu et al., 2022). À medida que a adoção de sistemas FV cresce, a preocupação com as falhas por arco também aumenta. Essas falhas podem ser desencadeadas por uma série de fatores, incluindo problemas de conexão, danos aos componentes ou mesmo condições ambientais adversas. Quando não são identificadas e tratadas a tempo, as falhas por arco podem resultar em danos substanciais e colocar em risco vidas e bens.
Torna-se fundamental que os profissionais da área elétrica, construtores e proprietários de imóveis estejam cientes dessas atualizações e sigam as normas para garantir ambientes mais seguros. A prevenção de incêndios em instalações elétricas é crucial na proteção de vidas e propriedades, e a adoção de tecnologias como os AFCIs desempenha um papel fundamental nesse esforço.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nas considerações finais, é importante ressaltar a relevância da pesquisa e análise realizadas no âmbito dos sistemas de geração solar FV. Foram identificados vários aspectos significativos que impactam a eficiência, o desempenho e a segurança desses sistemas. Verificou-se que a capacidade de realizar medições e monitorar sistemas em tempo real, como demonstrado com o aplicativo Sun2000, é fundamental para identificar falhas, problemas de desempenho e garantir a segurança do sistema. Isso permite ação imediata e ajuda a evitar problemas mais graves.
Este artigo demonstrou a importância do monitoramento contínuo e da detecção de falhas em sistemas de geração solar FV. A implementação de tecnologias avançadas, como a detecção de arcos elétricos, é fundamental para garantir a segurança e a eficiência desses sistemas. O futuro da energia solar FV depende de pesquisas contínuas, inovação tecnológica e conformidade com as normas e regulamentações. A implementação da IA é uma abordagem promissora para melhorar a segurança contra incêndios em sistemas de energia solar FV. Essa tecnologia oferece soluções eficazes para a detecção precoce de falhas por arco e a ativação de desligamentos rápidos, reduzindo significativamente os riscos associados a incêndios em plantas fotovoltaicas.
Ao analisar as projeções futuras, torna-se importante ressaltar que até 2040, prevê-se que a energia solar fotovoltaica representará aproximadamente 32% da matriz energética global. Além disso, estima-se que cerca de 75% da energia solar será gerada por sistemas de geração distribuída. A geração distribuída, em particular, destaca a tendência de sistemas de energia descentralizados, nos quais a geração de eletricidade ocorre em pequena escala e próximo aos pontos de consumo. Isso pode incluir instalações solares em residências, empresas e comunidades, contribuindo para uma rede mais resiliente e sustentável. A expansão da geração distribuída também reflete a busca por soluções mais descentralizadas e resilientes, reduzindo a dependência de grandes centrais elétricas tradicionais.
REFERÊNCIAS
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Gil, A. C. (2017). Como elaborar projetos de pesquisa. 6 ed., São Paulo: Atlas.
Kim, M. A., Chun, J., & Shim, H. (2022). Using photovoice with male problematic gamblers to understand their lived story on the path to recovery in South Korea. SAGE Open. Advance online publication.
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Nascimento, L.R., Viana, T.S., Campos, R.A., Rüther, R.(2019). Extreme solar overirradiance events: Occurrence and impacts on utility-scale photovoltaic power plants in Brazil. Solar Energy. v.186, Jul./2019, p.370-381. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.05.008
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