CAM PO TÉCN ICO

[1] A presente patente de invenção trata de sistema de instalação de cabos solares em usina fotovoltaica ou similar, dispositivos e equipamentos utilizados no sistema onde, notadamente, dito sistema de instalação compreende um conjunto de manobras fabris, operacionais e utilização de dispositivos e equipamentos inovados que viabilizam a instalação simultânea e sem desperdícios de cabos solares numa linha de painéis solares de uma usina fotovoltaica ou similar garantindo, desta forma, a redução de tempo na etapa de instalação, bem como, a garantia da qualidade das conexões e capacidade elétrica, viabilizando, desta forma, a capacidade integral de geração elétrica da usina solar. Dito sistema de instalação inclui pelo menos dois modelos de carrinho condutor de embalagens de cabos solares, os quais facilitam a manipulação e transporte durante o novo sistema de instalação.

H ISTÓRICO DA TÉCN ICA

[2] Usinas fotovoltaicas, também denominadas como usinas solares, são capacitadas para a geração de energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico quando a luz solar, através de seus fótons, é absorvida por células fotovoltaicas montadas num conjunto de painéis, por sua vez, instalados em suportes rotativos denominados como "trackers", que acompanham o movimento do sol.

[3] Ditas usinas fotovoltaicas apresentam inúmeras vantagens com a produção de energia limpa e renovável a partir da luz do sol, principalmente, por não poluir durante seu uso, necessitar de manutenção mínima, e ter baixíssimo custos, haja vista que é um recurso oferecido pela natureza, entre outras vantagens.

[4] As usinas solares ou "campos solares" são montadas em grandes áreas, geralmente construídas em solos áridos e em ambientes hostis (muito calor e seco), onde a quantidade de energia produzida está diretamente relacionada com a quantidade e arranjo dos painéis instalados nestes ambientes. Por exemplo, a usina solar instalada em Lieberose, localizado em Brandemburgo, na Alemanha, terá uma capacidade de produção de 53 MW distribuída em 162 hectares, o equivalente a 210 campos de futebol, e com 700 mil módulos de película fina. Será capaz de abastecer 15 mil casas e evitar o lançamento de 35 mil toneladas de carbono na atmosfera todos os anos.

[5] Apesar de todas as vantagens que as usinas solares trazem, atualmente, para que sua montagem seja efetivada, é necessário uma grande infraestrutura logística, e onde os custos de maior porte são: (i) os valores das estruturas metálicas para fixação dos módulos fotovoltaicos, cabos e quadros elétricos, além dos custos de transporte para levar os materiais até o ponto de uso; (ii) os valores relacionados à projeto básico e execução da engenharia, que inclui um maciço efetivo de mão de obra para passagem dos cabos, distribuição e montagem dos cabos ao longo das ruas formadas entre os módulos e a conexão dos cabos aos módulos, entre tantos outros serviços realizados Ίη loco' que resultam na necessidade, inclusive, de montagem de moradias provisórias e todo o abastecimento relacionado.

[6] O sistema de instalação atual ( Ver Figura 1 que representa o Estado da Técnica) é realizado manualmente, exigindo grandes caminhadas dos operadores ao longo das ruas entre módulos para puxar e distribuir os cabos. Após a distribuição, outra equipe realiza, Ίη loco', o corte do cabo, a decapagem, a crimpagem e a montagem dos cabos nos conectores de cada módulo fotovoltaico, além da necessidade de fixar os cabos nas estruturas por meio de lacre de tração (tipo abraçadeira) para que os mesmos não fiquem soltos no solo, necessitando, assim, de muito tempo, muitos operários, ferramentas, sem contar o esforço destes operários que devem trabalhar todos equipados (capacete, uniforme, botas e luvas) numa área árida e de temperatura alta.

[7] Para a instalação dos cabos os operadores preparam e manuseiam os mesmos de forma sincrônica e em locais, muitas vezes, com condições ergonómicas inadequadas, tal como, na caixa de passagem fixando e identificando os cabos solares nos citados ambientes hostis fato que agrava a operacionalidade de instalação.

[8] Para cada módulo fotovoltaico de uma linha na usina (no sistema convencional), pelo menos dois operários captam um par de cabos e iniciam sua caminhada de tração até o módulo onde dito par deve ser conectado. Volta ao início e captam mais um par de cabos e, assim, sucessivamente até que cada módulo fotovoltáico tenha à sua disposição, um par de cabos.

[9] Outra questão agravante consiste na montagem dos conectores nos cabos. Esta operação convencional também realizada 'in loco' por meio de ferramentas manuais, onde o tempo para a montagem de cada conector é de aproximadamente 2 minutos e para a montagem de, por exemplo, 40.000 módulos fotovoltaicos (tamanho de uma usina convencional), o operador leva um tempo total de montagem de aproximadamente 170 dias, trabalhando 8 hrs/dia.

[10] Com toda a operacionalidade de ferramentas e instalação sendo feita desta forma, demoradamente ao ar livre e nestas condições ambientais, é certo afirmar que a qualidade das conexões podem ficar comprometidas, bem como, a decapagem dos cabos realizada através do uso de alicate manual pode comprometer a qualidade, uma vez que depende, exclusivamente, da habilidade e atenção do operador que, invariavelmente, pode utilizar muita força marcando e rompendo os filamentos dos cabos solares, gerando perda de capacidade elétrica.

[11] Outro inconveniente deste sistema convencional reside no fato da crimpagem também ser realizada com a utilização de alicate manual dependendo, exclusivamente, da habilidade e atenção do operador que pode utilizar muita força danificando a fiação internamente no terminal ou utilizando pouca força, deixando a fiação solta na porção interna do terminal.

[12] A título de exemplificação do convencional sistema atual do processo de montagem, um operador caminha aproximadamente de 3.400 km por dia para a preparação e instalação dos cabos, bem como, toda a preparação e instalação dos cabos é realizada ao ar livre sob influência de alta temperatura, vento, sol, areia, iluminação inadequada, etc, e em posto de trabalho inadequado, sem bancada para ferramentas, peças, etc, com problemas de ergonomia e de manipulação dos materiais.

[13] De uma forma ilustrativa, tem-se que o sistema atual compreende as seguintes etapas (representadas de forma esquemática na Figura 1):

a) O eletricista realiza a preparação das pontas dos cabos 'preto' e 'vermelho' através da amarração com barbante guia e fita isolante, fazendo a identificação do 'lance longo' e 'lance curto';

b) Une os cabos 'lance longo' e 'lance curto' para a passagem pelo duto corrugado;

c) Amarra os cabos no barbante guia do duto, sendo que geralmente o barbante é curto, fato que dificulta dita atividade manual; após a amarração reforça a emenda com fita isolante;

d) Puxa o cabo para identificar o duto dentro da caixa de passagem onde outro operador prepara o barbante guia;

e) lnicia-se a puxada dos cabos para a passagem dos cabos no duto corrugado cuja operação é realizada por no mínimo três operadores para direcionar a puxada, bem como, cinco operadores para desenrolar e puxar os cabos das bobinas montadas em cavaletes;

f) Os cabos chegam a primeira caixa de passagem e então o primeiro barbante guia precisa ser cortado e os cabos devem ser amarrados no guia do duto da segunda caixa de passagem;

g) Inicia a puxada até a segunda caixa de passagem;

h) Puxa a ponta do cabo criando um excedente para a instalação na 'string box' onde até este momento são previstos 12 operadores no processo;

i) Após a sinalização se inicia a puxada dos cabos para o 'lance longo' onde o eletricista puxa o cabo até o ponto de instalação na metade do 'tracker';

j) Após atingir a metragem necessária, os cabos são cortados e identificados, 'lance curto' e lance longo recebem identificações próprias e em seguida são enrolados para a próxima etapa de instalação que consiste na fixação dos cabos na estrutura dos 'trackers'

k) Segue com a instalação dos cabos nos perfis dos trackers por meio de abraçadeiras plásticas fixando os cabos sob as placas de silício; dita etapa requer pelo menos três operadores exigindo muito esforço, pois a instalação é realizada com os operadores em péssima condição ergonómica, ou seja, agachados, demorando por volta de 35 minutos para cada 'tracker';

I) Após a fixação dos cabos nos perfis dos 'trackers' um operador realiza o corte das extremidades das abraçadeiras onde os resíduos são destinados para local adequado;

m) Posteriormente os conectores precisam nas extremidades dos cabos solares ocupando um eletricista e levando tempo de 10 minutos por 'tracker'.

[14] Assim, verifica-se que as grandes bobinas de cabos (BC) são deixadas nas ruas principais (ruas onde são instaladas as 'string box') e delas partem o tracionamento dos cabos para as 'string box' e para as ruas com as estruturas metálicas e módulo fotovoltaicos, necessitando, portanto, de pelo menos 18 operadores para completar todas as atividades daquele setor para que a instalação elétrica de cada 'tracker' seja finalizada em aproximadamente 40 minutos, ou seja, configure "produtividade".

ANÁLISE DO ESTADO DA TÉCNICA

[15] Em pesquisa realizada em bancos de dados especializados foram encontrados documentos referentes a meios de condução de cabos, tal como, o documento de n^. PI 0721166-0 que trata de condutor portátil de fios e cabos, que conjuga a função de acomodar diversos rolos em um carretel, que os desenrola conforme vão sendo puxados e, de se deslocar com rolos e caixa de ferramentas, proporcionando maior velocidade ao trabalho e organização do ambiente. O dito condutor é constituído de um carrinho confeccionado em metal maciço, com rodas de borracha, alça regulável, suporte para maleta, apoio antiderrapante e carretel, onde os rolos são encaixados e separados através de divisórias, a ponta externa de cada rolo é presa a uma sonda que será introduzida pela tubulação até a outra extremidade, então ao puxar essa sonda, os fios se desenrolam e são conduzidos pelas tubulações.

[16] Outro documento de n^. CN204280911 refere-se a carrinho de enrolamento de cabo compreendido por um corrimão, um chassis e um cabo do carretel; o chassi e a bobina são de uma estrutura de braço de suporte, o corrimão é montado sobre o chassi, por outro lado, um bloco de apoio é montado entre o corrimão e o carrinho do chassi, um veio rotativo está alinhado no bloco de apoio, o cabo carretel é montado sobre o bloco de apoio por meio do veio rotativo, e rodas universais são montados no carrinho de chassi, além de aletas retrátil e um identificador também serem dispostos no cabo carretel. O carrinho pode reunir um tubo solto ou cabo a uma bobina e enviar a bobina em um armazém, de modo que a bobina pode ser retirada e armazenada separadamente, consequentemente, o carrinho pode ser utilizado repetidamente; enquanto uma bobina de tubo ou cabo pode ser rapidamente carregada, transportada para um local e colocado; o carrinho de corda de cabo conveniente pode ser operado por apenas uma pessoa, de modo que uma grande quantidade de mão de obra é salvo; uma vez que as rodas universais bloqueáveis são montadas no chassi, todo o dispositivo pode ser movido de forma conveniente.

[17] Os meios de condução de cabos acima relacionados, apesar de utilizarem carrinhos condutores, diferenciam-se do presente sistema de instalação, como se verá adiante garantindo, assim, que a presente solicitação atenda aos requisitos legais de patenteabilidade.

OBJETIVOS DA I NVENÇÃO

[18] Visando apresentar melhorias ao mercado consumidor, o requerente desenvolveu sistema de instalação de cabos solares em usina fotovoltaica ou estrutura similar capaz de produzir energia elétrica a partir de energia solar. Mencionado sistema de instalação utiliza conceitos básicos inspirados em sistemas e métodos mundiais visam o aumento da produtividade e da eficiência com a redução de desperdícios.

[19] O inovador sistema consiste num conjunto de manobras fabris e operacionais realizadas em duas etapas, quais sejam: i) etapa operacional fabril; ii) etapa de instalação 'in loco' que visam a instalação de cabos solares numa linha de painéis solares de usina fotovoltaica ou similar.

[20] A etapa operacional fabril é idealizada para o planejamento e preparação dos cabos e conectores através da determinação do dimensional da metragem de cabos, os quais são montados em embalagens individuais como carretéis, rolos ou bobinas, por sua vez, dispostos em, pelo menos, dois modelos de carrinhos condutores que podem ser tracionados de forma manual ou mecânica (veículo motor de tração).

[21] Cada embalagem individual contém cabos 'preto' e 'vermelho' para a instalação simultânea nos 'trackers' de fase e neutro, bem como, o comprimento exato para o uso em cada ponto de conexão conforme projeto de instalação reduzindo, desta forma, as sobras e a necessidade de esticar e cortar os cabos na obra. [22] Ditas embalagens individuais com respectivos cabos são fornecidos com a identificação padrão definida no projeto, facilitando a aplicação correta em cada ponto de ligação.

[23] Na mesma etapa operacional fabril os conectores são montados nos respectivos cabos, permitindo que todos os conectores possam ser testados individualmente em linha de montagem dedicada a esta atividade, configurando, desta forma, qualidade máxima antes da instalação.

[24] A etapa fabril de montagem dos conectores permite que a decapagem e a crimpagem dos cabos seja realizada em ambiente adequado, através de equipamentos específicos e, portanto, reduzindo o tempo destas tarefas, bem como tendo todo controle dos materiais utilizados.

[25] Desta forma, a etapa operacional fabril permite que todas as tarefas de preparação dos cabos para a instalação da linha sejam otimizadas, reduzindo, ainda consideravelmente, a quantidade de operadores para a etapa de instalação dos cabos nos 'trackers', garantindo maior produtividade e qualidade.

[26] Na etapa de instalação, ou seja, " n loco", os rolos, ditos 'embalagens de cabos solares' são fornecidos em um carrinho condutor que numa versão preferencial atual se apresenta em dois modelos, sendo um tracionado por veículo e outro idealizado para ser tracionado de forma manual ao longo da linha na usina solar para a montagem dos cabos junto aos suportes metálicos. A diferença entre um e outro é o comprimento da linha, pois, caso a linha seja muito extensa, com muitos módulos, o ideal é utilizar um carrinho com mais embalagens de cabos solares, acarretando um peso muito grande, sendo tracionado, apenas, por um veículo motor. Assim, o carrinho (manual ou motorizado) com várias embalagens de cabos solares são conduzidos ao longo da linha na usina acompanhado de somente dois operários que, perfazem esta linha uma única vez a fim de posicionar cada par de cabos em perfis de sustentação, próximo dos pontos de conexão. Elimina-se, assim, a necessidade de cada par de cabo (por módulo fotovoltaico) ser tracionado por dois operários ao longo da rua, como é o convencional.

[27] Como cada par de cabos de um módulo fotovoltaico é instalado em dispositivos de sustentação previstos nos 'trackers', ditos cabos são facilmente acessados quando da necessidade de montagem/conexão, eliminando, assim, a fixação por abraçadeiras plásticas.

[28] Dito carrinho condutor estaciona apenas nos pontos de conexão dos cabos e mantém os carretéis dispostos de forma ergonómica, facilitando o uso e reduzindo o cansaço do instalador, garantindo melhor rendimento.

[29] A instalação dos cabos solares por meio da associação do uso de embalagens individuais acomodadas em membros de apoio previstos no carrinho condutor permite que toda a manipulação seja realizada de forma afastada ao solo impedindo que partículas de areia possam transferir na qualidade das conexões.

[30] Assim, é fato que o sistema de instalação promove a redução no esforço, mão de obra, tempo e custos durante a etapa de instalação dos cabos solares através da anulação das atividades 'in loco' de puxar, cortar, identificar, decapar e crimpar os cabos e montar os conectores em obra.

[31] Outra importante vantagem reside no fato do instalador receber os cabos prontos, ou seja, cada par com respectivos conectores, garantindo a qualidade das conexões e reduzindo desperdícios de movimentação.

[32] Toda a versatilidade de instalação através da otimização do transporte, redução de perdas, facilidade no manuseio promove a redução de tempo, mão de obra e, principalmente, custo de instalação e operação, pois reduz o número de operários e toda a infraestrutura necessária para a manutenção destes na obra.

DESCRIÇÃO DAS FIGU RAS

[33] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou seu funcionamento:

A Figura 1 representa uma vista esquemática do atual sistema de instalação de cabos numa usina fotovoltaica;

A Figura IA revela uma vista esquemática da primeira etapa do inovado sistema de instalação de cabos em usina fotovoltaica; A Figura 1B mostra uma vista esquemática da segunda etapa do sistema de instalação de cabos, ilustrando a redução de operadores 'in loco';

A Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva do carrinho condutor de embalagens de cabos solares ilustrando a etapa de puxada dos cabos para a passagem dos cabos no duto corrugado;

A Figura 3 revela uma vista em perspectiva do carrinho condutor de embalagens de cabos solares ilustrando a montagem nos perfis dos 'trackers';

A Figura 3A mostra uma vista ampliada do meio de ancoragem do cabo solar previamente instalado nos perfis dos 'trackers';

As Figuras 4 e 4A mostram vistas laterais dos carrinhos condutores ilustrando os meios de tracionamento;

A Figura 5 representa uma vista em perspectiva do carrinho condutor ilustrando os membros de apoio das embalagens dos cabos solares;

A Figura 5A mostra uma vista ampliada e em perspectiva do membro de apoio da embalagem de cabo solar; e

As Figuras 6 e 6A revelam vistas em perspectiva de uma variação construtiva do carrinho condutor.

DESCRI ÇÃO DETALHADA DO OBJ ETO

[34] Com referência aos desenhos ilustrados, a presente patente de invenção se refere à "SISTEMA DE I NSTALAÇÃO DE CABOS SOLARES EM USI NA FOTOVOLTAICA OU SIMI LAR, DISPOSITIVOS E EQUI PAMENTOS UTI LIZADOS NO SISTEMA", mais precisamente trata-se de sistema de instalação (10) de pares de cabos solares (cl)/(c2) em cada respectivo módulo fotovoltaico ou painel solar (PS) que, em conjunto a outros idênticos, compõe uma usina fotovoltaica (UF) ou similar capaz de produzir energia elétrica a partir de energia solar.

[35] Segundo a presente invenção, o sistema de instalação (10) de pares de cabos solares (cl)/(c2) é compreendido por conjunto de manobras fabris e operacionais 'in loco', ou seja, no terreno de instalação dos módulos (MF), conjunto de manobras que é realizada em duas etapas básicas, quais sejam :

i) etapa (El) - operacional fabril idealizada para o planejamento dimensional (PD) dos 'lances longos' e 'curtos' dos cabos (cl)/(c2), bem como, a montagem dos cabos (cl)/(c2) preparados com conectores (20) em embalagens individuais (30) como carretéis, rolos ou bobinas, por sua vez, dispostos em carrinhos condutores que podem ser tracionados de forma mecânica (40A) (por veículo motor) ou de forma manual (40B) (por operário). Ditos cabos 'preto' (cl) e 'vermelho' (c2) para a instalação simultânea de fase e neutro são instaladas numa mesma embalagem (30);

ii) etapa (E2) - operacional de instalação 'in loco' dos cabos solares (cl)/(c2) em suportes (50) previamente instalados nos perfis estruturais (61) de 'trackers' (60) da linha de painéis solares (PS). Nesta etapa os cabos solares (cl)/(c2) são fornecidos em embalagens individuais (30) acomodadas em membros de apoio (41) previstos em qualquer dos carrinhos condutores (40A) ou (40B).

[36] Numa versão preferencial que descreve as fases da etapa (El) é prevista a seguinte sequência (Ver Figura IA):

a) Planejamento do dimensional (PD) dos cabos (cl)/(c2) para o corte dos 'lances longos' e 'lances curtos';

b) Identificação dos cabos (cl)/(c2) dos 'lances longos' e 'lances curtos';

c) Montagem dos conectores (20) - esta etapa subdivide-se em duas etapas secundárias, quais sejam:

cl) Corte e decapagem - comprimento e diâmetro - dos cabos (cl)/(c2) com alta precisão, utilizando equipamento automático (eq);

c2) Crimpagem dos conectores (20) nos cabos (cl)/(c2) por meio de prensa automática (pn) com ensaio amostrai de análise microscópica para validação do processo, visualizando a acomodação dos filamentos no terminal para a garantia da capacidade elétrica, tração adequadas e repetibilidade;

d) Montagem dos cabos (cl)/(c2) preparados nas embalagens (30);

e) Fornecimento das embalagens (30) devidamente preparadas com os cabos (cl)/ (c2) para a etapa (E2) no carrinho condutor (40).

[37] Já a etapa (E2) de operação de instalação 'in loco', os cabos solares (cl)/(c2), previamente preparados, são desenrolados das embalagens (30) devidamente montadas nos membros de apoio (41) do carrinho condutor (40A) ou (40B) tracionado por veículo (VL) (Figura 4A) ou de forma manual (Figura 4) ao longo da linha na usina solar (UF). Dita montagem segue as etapas convencionais supracitadas e visualizadas nas Figuras 1B, 2, 3 e 3A, quais sejam :

i. Amarração dos cabos (cl)/(c2) no barbante guia do duto (dt) com reforço de emenda fita isolante;

ii. Puxada dos cabos (cl)/(c2) para a passagem no duto corrugado (dt);

iii. Chegada dos cabos (cl)/c2) na primeira caixa de passagem (CP) onde após amarração seguem para a segunda caixa de passagem (não ilustrada);

iv. Acomodação dos cabos (cl)/(c2) nos suportes (50) montados nos perfis (61) dos 'trackers' (60), sendo que ditas suportes (50) podem ser compreendidos por hastes metálicas (51) com extremidade livre (51a) em 'L';

v. Finalização da montagem dos cabos (cl)/(c2) onde o carrinho condutor (40) estaciona apenas nos pontos de conexão dos cabos (cl)/(c2).

[38] Numa versão construtiva preferencial, o carrinho condutor (40B), de tração motorizada (Figura 5) é compreendido por chassi (42) onde são instaladas rodas (43), sendo que a porção dianteira (44) prevê um par de molduras estruturais (44a) retangulares em cuja porção interna são previstas réguas (44b) providas de múltiplos recortes (44c) em Ύ de maneira a compor meio direcionador dos cabos (cl)/(c2), enquanto que a partir da porção traseira do chassi (42) se desenvolvem perfis ortogonais (44d) de maior altura (II) que a altura (I) das molduras (44a).

[39] Ditos perfis ortogonais (44d) sustentam conjunto de longarinas (44e), também, sustentadas por outros perfis ortogonais (44f) que se desenvolvem ao longo do chassi (42) onde a diferença de alturas (II) e (I) dos perfis (44d) em relação as molduras (44a) compõe uma rampa estrutural (RT) idealizada para a montagem dos membros de apoio (41) das embalagens (30).

[40] Ditos membros de apoio (41) são compreendidos por pares de caixas (41a) instaladas nas longarinas (44e), sendo que cada face interna de cada caixa (41a) prevê recorte oblongo (41b) ligeiramente angular, de maneira a, compor carne para a montagem do eixo (31) da embalagem (30). Na porção traseira do chassi (42) é instalado o engate (45) para conexão do veículo (VL) ou tração humana.

[41] Numa variação construtiva simplificada, o carrinho condutor (40A), de tração manual (Figuras 6 e 6A), apresenta dimensão reduzida para um número menor de bobinas. O chassi (42') prevê pelo menos três perfis ortogonais (42a') onde são instaladas caixas (41a') idealizadas para a montagem de eixos (31) de embalagens (30).

[42] É certo que quando o presente invento for colocado em prática, poderão ser introduzidas modificações no que se refere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso implique afastar-se dos princípios fundamentais que estão claramente substanciados no quadro reivindicatório, ficando assim entendido que a terminologia empregada não teve a finalidade de limitação.