O que significa Ilhamento em um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede?

O Ilhamento em um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR) ocorre quando um um sistema fotovoltaico em uma unidade consumidora continua operando apesar de ter ocorrido interrupção de energia, seja por falha ou por desligamento da rede elétrica.  Parte de uma rede que contém carga e geração fica isolada do resto do sistema, que continua operando.

Assim essa parte da rede que contém os painéis fotovoltaicos interligados ficaria isolada da alimentação principal, formando “ilhas” que ficariam energizadas trazendo riscos materiais e riscos de vida.

Por quais motivos se desenvolveu a função Anti-Ilhamento?

Por meio da função Anti-Ilhamento, caso haja a queda de tensão na rede elétrica pública (apagões), o inversor é desligado automaticamente, garantindo a segurança de pessoas que possam entrar em contato com o sistema fotovoltaico (como técnicos de manutenção), bem como a segurança dos equipamentos e do sistema como um todo.

Poderíamos citar inúmeras razões do desenvolvimento da função Anti-Ilhamento em um sistema fotovoltaico conectado à rede. Nesse artigo iremos comentar algumas das quais consideramos principais:

• Segurança: Ocorrendo a interrupção da energia elétrica, operários de manutenção da rede elétrica correriam sérios riscos de vida, pois sem a função “anti-ilhamento” o sistema fotovoltaico permaneceria energizado, formando uma espécie de “ilha”, ameaçando a segurança dos operadores.
• Qualidade de energia: Em uma carga na ilha não se há controle nas grandezas de tensão e frequência, podendo assim gerar danos aos equipamentos elétricos/eletrônicos presentes nessa “ilha”. 
• Confiabilidade: O religamento da energia elétrica que fosse causada por um fechamento fora da fase poderia causar diversos danos aos equipamentos elétricos/eletrônicos.

Métodos de detecção Anti-Ilhamento

• O mecanismo para interromper a produção de energia ao detectar Ilhamento é conhecido como Anti-Ilhamento. Basicamente, esse mecanismo tem o objetivo de detectar alterações de frequência, mudança de fase ou queda de tensão. Essas alterações são o gatilho para acionar o mecanismo de anti-ilhamento.
• Detectar tal queda de tensão, mudança de frequência ou mudança de fase pode ser bastante desafiador para um inversor e ainda é uma questão de pesquisa. Basicamente, os métodos para detectar essas alterações  são divididos em dois grupos - métodos ativos e métodos passivos, que falaremos a seguir:
  • Métodos Ativos: Todos os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede injetam pequenos sinais na linha e tentam detectar falhas na rede, por exemplo, injeção de corrente de sequência negativa (função aplicada aos inversores da SolarEdge), medição de impedância, também em uma frequência específica.
    Quando existe a desconexão da rede, existe um cenário possível em que a carga (modelada como circuito RLC paralelo) ressoa na frequência da rede, para que o inversor não tenha a capacidade de saber que a rede caiu.
  • Métodos Passivos: Há um monitoramento de parâmetros, pois quando há mudanças transitórias na rede (ou seja, sobretensão, sub tensão, sobrecorrente, taxa de variação de frequência (função aplicada aos inversores da SolarEdge), detecção de aumento de tensão de fase e detecção harmônica, detectam o ilhamento e o inversor interrompe a sua geração.

Quais variáveis são monitoradas para detecção Anti-Ilhamento?

Métodos Ativos:

• Deslocamento de frequência (SMS): Esse método SMS (Slip-Mode Frequency Shift) aplica-se uma realimentação positiva, o inversor força um sinal de frequência na rede que é maior ou menor que a frequência da rede. Se houver uma variação, ela substituirá esse sinal. Se a frequência conseguir se afastar da frequência da rede, isso indica que a rede está inativa e o inversor desconectado. ex.: empurrar a cadeira com uma pessoa sentada.

Métodos Passivos:

• Sobre/Sub Tensão: Quando a rede for desconectada e a carga não for igual à geração fotovoltaica, a tensão aumentará (se a carga for menor) ou diminuirá (se a carga for maior). Isso fará com que o inversor se desconecte usando o monitoramento de sobretensão e sub tensão e as configurações de disparo.
• Referente a norma ABNT NBR/IEC 62116 o inversor irá se desconectar se a tensão da rede elétrica for superior à 110 %, com tolerância de + 2%, ou inferior a 80 %, com tolerância de ± 2%, do seu valor nominal. Em cada uma destas situações a norma ainda requer ao inversor um tempo limite para a desconexão de 0,4 e 0,2 segundos.
• Sobre/Sub Frequência: Quando a rede for desconectada e se houver uma carga, a corrente do inversor, em vez da corrente da rede, ajustará a tensão e poderá causar uma mudança de fase e, posteriormente, uma alteração na frequência. Uma grande mudança fará com que o inversor se desconecte usando suas configurações de monitoramento de frequência e disparo de sobre e sub- frequência.
  Referente a norma ABNT NBR/IEC 62116 o inversor irá se desconectar se a frequência da rede elétrica ultrapasse o valor de 62,0 Hz, ou se reduza a um valor inferior a 57,5 Hz. Em ambos os casos o tempo limite para a desconexão é de 0,2 segundos
• ROCOF (Rate of Change of Frequency): Conhecido também como (Taxa de mudança de frequência), além de verificar se a frequência alta ou baixa ultrapassa o limite estipulado, o inversor verifica a rapidez com que a frequência muda e se desconecta se houver uma mudança rápida.\
• Mudança de frequência: Se ocorrer uma mudança de fase, ocorre uma mudança de frequência. Essa mudança pode ser detectada pelo inversor antes que a frequência atinja os limites de sobre / sub frequência, resultando em uma desconexão mais rápida.
• Tensão de linha: Quando os inversores trifásicos são conectados a uma rede trifásica, a rede define 120 ° entre as fases, garantindo que a tensão linha a linha seja equilibrada. O inversor monitora a tensão linha a linha e desconecta se não estiver equilibrado, indicando que a rede está inoperante.

Nos inversores da SolarEdge, como parte dos testes de certificação de interconexão de rede IEEE 1547, é executada uma sequência de testes anti-ilhamento em que um cenário de ilha pré-definido é simulado e o inversor é testado para garantir a detecção e desconexão corretas contra o ilhamento.

Investigando as falhas de Anti-Ilhamento nos inversores da SolarEdge

Conforme descrito acima, nesse artigo estamos levando em consideração 2 métodos de ilhamento, o Método passivo e o Método ativo.

Será explicado como a SolarEdge aconselha agir para o rastreamento dessas falhas.

• Verificar todas as tensões CA e verificar se o código do país apropriado está selecionado.
• Verificar tensão entre o neutro e terra, se houver tensão, verifique as conexões CA e verificar o transformador se houver. Quando há tensão entre neutro e terra é caracterizado como problema de instalação.
• Verifique se há cargas pesadas, motores elétricos de grande porte que possam estar causando esse erro, como: bombas, elevadores e compressores.
• Se houver vários inversores na instalação e estiverem sinalizando o erro ao mesmo tempo, pode haver uma flutuação de tensão ou frequência causada por uma carga no local que está causando o sinalizador do erro, isto é caracterizado como problema de instalação.

Referências bibliográficas:

• Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR/IEC 62116 - Procedimento de ensaio de anti-ilhamento para inversores de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
• Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 16.274: Sistemas Conectados à rede – Requisitos mínimos.
• ENSAIOS DE INVERSORES PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE: RESULTADOS E ANÁLISE DE CONFORMIDADE – 2018