O diagrama unifilar de usina fotovoltaica (em Portugal, esquema unifilar de central fotovoltaica) é a folha em que uma usina solar inteira cabe em uma página: strings, inversores, quadros, transformadores, saída de média tensão. É o desenho que o revisor abre primeiro, porque é onde a arquitetura elétrica aparece sem geometria no caminho.
O difícil não é desenhar essa folha, é mantê-la viva. O unifilar é filho do arranjo, e o arranjo muda: uma faixa sai por declividade, um bloco de inversores é rebalanceado, uma vala desvia de uma estrada interna. Cada revisão mexe na contagem de strings, no agrupamento por inversor e, às vezes, no número de transformadores. Mantido à mão a partir de uma planilha, o unifilar começa a mentir na segunda revisão.
A saída é não tratar o unifilar como desenho, e sim como saída do mesmo modelo que já carrega o terreno, o arranjo, os equipamentos e o cabeamento. Existe também a versão em inglês.
Primeiro o terreno, depois o unifilar
Os erros elétricos caros não nascem no diagrama, nascem nas premissas do layout. Em um projeto de pré-viabilidade de 30 MWp, a leitura do sítio definiu o resto:
- 1 252 m de altitude, 2,5 graus de declividade, face leste (aspecto de 70 graus), com o autossombreamento que essa geometria impõe à orientação das fileiras.
- 117 dias de neve por ano, acima da média do país, que definem sozinhos a janela de dimensionamento das strings.
- Rede de 380 kV a 2,4 km, o que obriga elevação em dois estágios na coleta em corrente alternada, justamente o que o unifilar mostra do lado da subestação.
O PVX.Cad monta essa leitura em uma passada, a partir do modelo digital de elevação, dos dados geográficos e do PVGIS. O fluxo completo está em projeto de usina solar.
O dimensionamento das strings é definido pela manhã mais fria
Curta demais, a string cai abaixo da janela de MPPT e perde potência. Longa demais, ultrapassa o limite de entrada do inversor em uma manhã fria. Como a tensão de circuito aberto sobe quando a temperatura cai, o caso dimensionante é a Voc na temperatura mínima, não o pico de verão. Para 26 módulos a 10 graus negativos:
- Voc de 1 414 V contra o limite de 1 500 V do inversor, margem de 86 V.
- Vmpp de 915 V a 70 graus de temperatura de célula, bem acima do piso de 600 V do MPPT.
A janela é assimétrica: 86 V acima, 315 V abaixo. A string ficou em 26 módulos, perto do centro da faixa válida de 17 a 27, com margem de propósito para resfriamento radiativo a 15 graus negativos. O PVX.Cad lê a folha de dados do módulo e avisa durante o trabalho, e a verificação no padrão do PVsyst (Voc fria contra a tensão máxima do sistema, Vmp quente e fria contra a janela de MPPT) aparece como selo na janela de configuração.
Eletrocentro e valas: onde o equipamento fica é decisão de custo de cabo
A usina usa 85 inversores de 350 kW em 5 transformadores de 4,65 MVA, mais um auxiliar de 0,26 MVA para as cargas do sítio. A posição de cada eletrocentro é a decisão que mais mexe na perda em corrente alternada. O PVX.Cad calcula um centroide de carga ponderado a partir das coordenadas dos inversores de cada transformador e posiciona o equipamento ali, pela abordagem clássica de p-mediana: minimizar o comprimento de cabo entre a saída dos inversores e a entrada do transformador. No modo automático os transformadores encostam nas bordas das estradas, e cada zona recebe uma cor, para a equipe de campo ver de relance quais mesas conectam onde.
As valas seguem as estradas internas, por três motivos que a IEC 60364-7-712 sustenta: o solo da estrada já está compactado, então escavar é mais fácil e o reaterro fica melhor; uma falha de cabo é alcançada sem nova escavação; e o cabo sob a estrada tem exposição mecânica mínima. O comando que gera valas a partir das estradas cria essa malha, cada trecho de cabo se junta sozinho à vala mais próxima, e a saída alimenta direto a lista de materiais.
Queda de tensão em todas as strings, não em uma média
O fluxo clássico assume que a string média fica abaixo da referência de 2% da IEC 62548, porque calcular string por string à mão não é viável em escala de usina. O PVX.Cad traçou cada cabo positivo e negativo em 3D e reportou a queda das 2 165 strings com a geometria real das valas: de 1,39% a 1,87%.
O dimensionamento não parte de bitola fixa. Você define a norma (IEC ou NEC), o condutor (cobre ou alumínio), a meta de queda de tensão e a tensão do sistema, e a ferramenta devolve as seções, os comprimentos de cabo, a potência total e o percentual de queda por grupo.
Um detalhe honesto importa. A queda é normalizada pela tensão máxima do sistema, 1 500 V, referência conservadora para escolha de cabo. Contra a referência clássica de Vmpp, a pior string do projeto (um laço de 204 m e 206 m) dá 2,36%, logo acima dos 2% da IEC, onde o relatório mostra 1,69%. Não é defeito da ferramenta, é uma escolha de referência que o engenheiro precisa interpretar. Ter o dado em cada string é o que transforma essa string em sinal de melhoria de layout: subir a seção para 6 mm² ou encurtar cerca de 30 m até o inversor. Na média, ela some e vai para a obra assim.
Line, U e Leapfrog: a topologia que valeu 430 000 USD
O unifilar mostra a arquitetura, mas o custo mora no traçado. Em um estudo de 130 MWp, as três topologias padrão de cabeamento em corrente contínua saíram do mesmo layout, com as rotas seguindo corredores reais do sítio e não distância em linha reta.
| Topologia | Laço por quadro (m) | Queda a 6 mm² |
|---|---|---|
| Line String | 191,86 m | 0,80% |
| U String | 181,37 m | 0,76% |
| Leapfrog | 165,85 m | 0,69% |
Leapfrog dá o menor comprimento e a menor perda. Acumulada no sítio completo, a diferença entre Leapfrog e Line String foi de 430 000 USD, com 14% menos cabo. Mesmos módulos, mesmos inversores, mesmo terreno.
Leapfrog também não é resposta automática: o zigue-zague cruza fileiras, instala e diagnostica pior, e perto de cristas pode cruzar corredores de acesso. A equipe do estudo usou Leapfrog em 73% dos blocos de inversor e U String em três blocos junto à crista, capturando 96% da economia máxima.
O diagrama unifilar de usina fotovoltaica é gerado do projeto
Com o projeto elétrico fechado e os transformadores posicionados, o comando Generate SLD desenha o unifilar em símbolos IEC 60617, em uma aba de layout própria no paper space, para o diagrama nunca poluir o model space. São duas saídas: a folha agregada colapsa inversores idênticos em uma linha vezes N e é a versão imprimível, e o detalhe completo desenha cada inversor individualmente, para conferência de dados. Corrente contínua em laranja, alternada em verde, média tensão em vermelho, e uma tarja de título com a potência total e a contagem de transformadores, inversores e strings. Havendo armazenamento no sítio, os conjuntos de BESS e PCS entram na mesma folha, com MW e MWh.
A proteção contra diagrama velho é embutida: se a contagem de strings que o diagrama desenharia não bate com o projeto, a geração é abortada sem tocar na aba existente. Um unifilar desatualizado é ruim, um unifilar novo e errado é pior.
Do mesmo modelo saem a árvore elétrica completa, a tabela de cabos e o BoQ. O revisor que lê o unifilar dentro de um pedido de parecer de acesso, no processo que ANEEL e ONS conduzem, está lendo o mesmo modelo que produziu o comprimento de cabo e a queda de tensão. Os cinco passos do fluxo estão em projeto elétrico.
O que muda e o que não muda para o engenheiro
A derivação de dimensionamento de string da IEC 62548 não muda. Os requisitos de inversor da IEEE 1547 não mudam. As premissas de correção da IEC 60364-5-52 não mudam. O julgamento de engenharia não muda.
Muda a velocidade de aplicar esse julgamento e a facilidade de comparar alternativas. Em um ciclo clássico de três semanas, o projetista testa uma configuração; sobre um único modelo, testa dez ou mais: relação CC/CA de 1,03 contra 1,20 contra 1,40, string de 26 contra 24 contra 22 módulos, plano de valas A contra B. E o unifilar acompanha todas elas, porque não é um desenho paralelo, é uma saída.
Perguntas frequentes sobre diagrama unifilar de usina fotovoltaica
O diagrama unifilar de usina fotovoltaica é desenhado ou gerado?
No PVX.Cad ele é gerado. O Generate SLD lê o projeto elétrico concluído, com os transformadores posicionados, e desenha o unifilar em símbolos IEC 60617 em uma aba de layout própria no paper space. Escolha a folha agregada, que colapsa inversores idênticos em uma linha vezes N, ou o detalhe completo.
O que acontece quando o layout muda depois do unifilar pronto?
Você gera o unifilar de novo a partir do modelo atual. Se a contagem de strings do diagrama não bate com o projeto, a geração é abortada sem tocar na aba existente, então um diagrama quebrado nunca sobrescreve o anterior.
A queda de tensão é calculada por string ou por média?
Por string. Em uma usina de 30 MWp, o PVX.Cad traçou cada cabo CC positivo e negativo em 3D e reportou a queda das 2 165 strings com a geometria real das valas, entre 1,39% e 1,87%. O cabo é dimensionado para uma meta de queda de tensão, com norma IEC ou NEC e condutor de cobre ou alumínio.
A topologia de cabeamento muda muito o custo?
Em escala, sim. Em um estudo de 130 MWp, Line, U e Leapfrog saíram do mesmo layout e a diferença entre a mais cara e a mais barata foi de 430 000 USD, com 14% menos cabo. Mesmos módulos, mesmos inversores, mesmo terreno.
Gere o unifilar do seu próprio projeto
- Comece um teste gratuito do PVX.Cad e rode o cabeamento e o unifilar dentro do seu próprio AutoCAD.
- Agende uma demonstração e traga um DWG. O cabeamento, a queda de tensão por string e o unifilar rodam ao vivo no seu sítio.
