Los incendios en plantas fotovoltaicas provocan daños materiales, pérdida de generación de energía, daños a edificios y personas, y pueden propagarse al entorno circundante, lo que resulta en una serie de desastres secundarios. El arco de CC es el fenómeno de falla más común en las plantas fotovoltaicas. Puede ocurrir debido a contactos defectuosos, envejecimiento de los componentes, fallas del aislamiento o una conexión a tierra deficiente.
Además, el daño causado por un arco de CC es mucho mayor que el causado por un arco de CA, ya que no existe un punto de cruce por cero en el arco de CC. Una vez que se produce, continúa ardiendo, lo cual es difícil de extinguir y muy fácil de provocar incendios. Según las estadísticas, más de la mitad de los incendios en plantas de energía fotovoltaica son causados por arcos de CC.
A medida que aumentan las especificaciones de los módulos fotovoltaicos, aumentan la potencia y la corriente del sistema de CC. Según la ley de Joule Q=I²Rt, la corriente se duplica y el efecto térmico del punto de cortocircuito se cuadruplica, lo que aumenta el riesgo de incendio.
Clasificación de arco CC
A diferencia de los productos eléctricos tradicionales, los módulos fotovoltaicos y su cableado no cuentan con una carcasa integral que contenga arcos y chispas causados por fallos en los componentes y el cableado, mientras que muchas instalaciones fotovoltaicas pueden operar con las tensiones de CC típicas que generan arcos de CC. Existen tres categorías principales de arcos en las instalaciones fotovoltaicas:
- Los arcos en serie pueden deberse a un cableado incorrecto o a un cableado en serie roto;
- Los arcos paralelos pueden ser causados por cortocircuitos parciales entre líneas adyacentes de diferentes potenciales;
- Arcos a tierra debido a fallas de aislamiento.
Arco en serie
Los arcos en serie suelen deberse a un mal contacto de los conectores de los cables entre los componentes y a una mala conexión entre los cables de cadena y las cajas de conexión o inversores. Debido a la gran cantidad de conectores en serie en una planta fotovoltaica, por ejemplo, hay unos 2 pares de conectores en una planta fotovoltaica de 1 MW.
Es difícil garantizar que todos los conectores sean de buena calidad y compatibles en el 100 % de los proyectos. Estos riesgos pueden provocar contactos defectuosos y arcos eléctricos de CC. Actualmente, algunos inversores integran la función de protección contra arcos eléctricos, pero esta protección presenta dos problemas principales:
- Si hay una falla de arco en una cadena, todo el inversor se apagará, causando daños importantes;
- Sin la función de localización de fallas de arco, el personal de operación y mantenimiento no puede encontrar la ubicación del arco a tiempo y con precisión, lo que esencialmente no es una solución.
Arco paralelo
Los arcos paralelos son causados principalmente por cortocircuitos de conductores positivos y negativos causados por daños en la línea o cortocircuitos entre cables de cadena. Cuando los cables de las cuerdas se comprimen o se desgastan mecánicamente, se produce un arco entre los electrodos positivo y negativo, o entre diferentes cuerdas, lo que constituye una falla de arco paralelo.
Existe otra situación que también puede dar lugar a arcos paralelos, que es cuando los arcos en serie del sistema no se tratan a tiempo y el calor de los arcos en serie quema el aislamiento del cable y genera arcos paralelos. Cuando se produce un arco paralelo entre los conductores principales, una vez que el arco puede obtener suficiente energía, es más difícil de extinguir, lo que provocará un gran incendio.
El arco en serie se puede extinguir desconectando el bus de CC o la cadena correspondiente del sistema fotovoltaico, pero el arco de falla en paralelo no se puede extinguir e incluso puede causar que una corriente mayor pase a través de la trayectoria del arco, haciendo que el arco sea más intenso.
Actualmente, la función de protección de arco integrada en el inversor no puede detectar arcos paralelos y arcos de tierra, pero el poder destructivo de los arcos paralelos es 10 veces mayor que el de los arcos en serie, y el riesgo de seguridad es aún mayor.
arco terrestre
El envejecimiento, los defectos o los daños mecánicos de los componentes provocarán descargas a tierra. Si los componentes se colocan sobre placas metálicas, se producirán arcos eléctricos o fugas. Este tipo de fallo no es fácil de detectar, especialmente en días lluviosos. Actualmente, la solución consiste en apagar el inversor y esperar a que la tierra se seque antes de encenderlo. Este método no elimina eficazmente los peligros y aumenta el riesgo de descarga eléctrica.
CC de alto voltaje
En una planta fotovoltaica, los módulos fotovoltaicos se conectan en serie para formar un circuito de alto voltaje CC, con voltajes que pueden exceder los 1000 V. Incluso cuando el sistema está apagado, todavía hay un alto voltaje CC de alrededor de 1000 V en el circuito. módulos fotovoltaicos.
Especialmente en el caso de las plantas fotovoltaicas en tejados, cuando se produce un incendio en sistemas y edificios fotovoltaicos, es difícil rescatarlo de forma segura; Durante la operación y el mantenimiento de rutina de la planta o el mantenimiento de la propiedad, los operadores e inspectores también corren el riesgo de sufrir una descarga eléctrica.
Productos en el mercado de la energía solar.
Varias marcas ofrecen soluciones que tienen como objetivo minimizar el riesgo de arcos en instalaciones fotovoltaicas. Entre ellos, el fabricante BENY. La empresa cuenta con dispositivos de apagado rápido a nivel de cadena y de módulo que controlan los voltajes del panel hasta un cierto nivel seguro en microsegundos. Estos dispositivos permiten prevenir accidentes y mejorar la seguridad del sistema de energía solar.
Soluciones de apagado rápido (RSD) de beny Están diseñados según las normas CE, TÜV y UL, cumpliendo con las leyes y normativas de diversos países, como el Código Eléctrico Tailandés y NEC 2020. Como miembro de la alianza Sunspec, BENY desarrolla RSD con comunicación PLC (Power Line Communication) para una mayor compatibilidad con diversos inversores de cadena.
