Descubra los riesgos reales de incendios en sistemas fotovoltaicos

Las instalaciones fotovoltaicas, como cualquier instalación eléctrica, están sujetas a fallos en los equipos e instalaciones que pueden provocar incendios.

Sin embargo, dada su introducción relativamente nueva en el mercado, los motivos de los fallos en los equipos, el diseño y la instalación que pueden provocar accidentes aún no son del todo comprendidos ni por el cliente final ni por la mayoría de los profesionales del sector.

Se reconoce que el principal punto de falla en los sistemas fotovoltaicos son las conexiones de mala calidad de la parte de corriente continua del sistema [1], y que estas son causado por arcos eléctricos.

Sin embargo, los fallos en otros componentes de la instalación siguen representando alrededor del 20% de las causas que provocan un incendio [2].

Para comprender completamente los riesgos, es necesario un análisis completo del sistema, que será el tema de este artículo.

Un punto que cabe destacar es que los sistemas solares fotovoltaicos son seguros cuando los diseñan y ejecutan profesionales capacitados.

Descripción general de los sistemas fotovoltaicos.

Alemania fue el primer país en desarrollar un gran número de sistemas fotovoltaicos, teniendo así un buen porcentaje de sistemas con diez años o más de instalación. Por tanto, existe una gran cantidad de datos sobre el comportamiento a medio y largo plazo de los fallos en los sistemas fotovoltaicos.

Los estudios de incendios en instalaciones donde existían sistemas fotovoltaicos [1] muestran que el 56% de los casos de incendio se produjeron por caída de rayo y, del 44% restante, el 17% de los incendios fueron provocados por fallos del producto, el 9% por errores de diseño y el 18% por errores de diseño. % por fallas en la instalación.

En comparación con el número total de instalaciones fotovoltaicas en Alemania (1,3 millones), sólo el 0,016% de las instalaciones sufrieron fallos que provocaron incendios. El número anual de incendios de origen eléctrico en el país [3] es de 18 mil casos, muy por debajo del número de incendios debidos al sistema fotovoltaico.

De las fallas internas, es decir, fallas que no fueron causadas por eventos externos como rayos, tenemos el siguiente desglose de la distribución de fallas: 51% causadas por errores de instalación, 19% causadas por errores en el circuito DC, 12% por fallas internas de módulos, 10% de fallas internas al inversor y 8% por fallas en el circuito AC.

Analisis fallido

El arco eléctrico es el principal mecanismo de falla de componentes que provoca incendios en los sistemas [1]. Las fuentes de falla se detallan en las tablas a continuación según la probabilidad de ocurrencia.

Cabe señalar que las fallas dependen principalmente de la calidad de la instalación.

Tabla 1: Fallas que causan arcos eléctricos, ordenadas por probabilidad de ocurrencia

Conectores CC

Los arcos eléctricos en los conectores se deben principalmente a fallos de instalación. Para asegurar un correcto ajuste es necesario seguir las recomendaciones sobre el tamaño máximo del cable pelado que cabe en el terminal y también el uso correcto de una herramienta para terminar el conductor.

El uso de alicates de terminación incorrectos es la principal causa de este tipo de fallos en las conexiones [2]. La siguiente figura ilustra la diferencia en la calidad de la terminación para dos tipos de alicates.

También es común encontrar errores en la tapa de plástico que aprieta el sello de goma. Este tipo de error provoca el ingreso de agua y contaminantes, provocando que la conexión se deteriore, se caliente y pierda la protección contra arcos eléctricos.

Tampoco se deben utilizar en la misma conexión conectores de diferentes modelos y fabricantes, ya que no se puede garantizar el perfecto ajuste eléctrico y aislamiento del par macho-hembra.

Las propias normas para instalaciones fotovoltaicas brasileñas e internacionales (NBR 16690 e IEC/TS 62548) mencionan claramente esta cuestión.

Cada fabricante utiliza un material diferente, lo que puede provocar incompatibilidad química (corrosión por contacto) e incompatibilidad mecánica (diferentes diseños y expansión térmica), por ejemplo.

El uso de diferentes conectores puede aumentar la resistencia de contacto, lo que a su vez aumenta la temperatura interna del conector, lo que puede reducir su vida útil o incluso provocar su fusión.

El exceso o falta de torque aplicado a la terminación del conector tipo MC4 o a los tornillos del dispositivo también puede provocar altas resistencias de contacto o fallas en la conexión, como ya se comentó en el artículo sobre arcos eléctricos que publicamos aquí el Canal solares.

módulos fotovoltaicos

Los principales mecanismos de incendio en módulos fotovoltaicos están relacionados con la corriente inversa, la calidad del módulo y la presencia de microfisuras.

La corriente inversa, ya tratada en nuestro artículo “Causas y efectos de la corriente inversa en módulos fotovoltaicos.“Es una situación de falla donde series en paralelo tienen diferentes voltajes Voc (circuito abierto), ya sea por una falla interna del módulo (cortocircuito interno) o por un error de diseño e instalación.

Cuando surge la condición de corriente inversa dañina (dos o más series en paralelo con una serie de Voc distintos), si el sistema no está protegido por un fusible, el módulo se calentará, que ahora se comporta como un diodo polarizado inverso y puede volverse una fuente de fuego.

La mala calidad de los módulos también puede provocar accidentes. Problemas como soldaduras mal hechas, embalajes deficientes y mal diseñados, falta de cuidado durante el transporte y la instalación pueden provocar que los conductores internos del módulo se debiliten o rompan. Cuando esto ocurre, también puede producirse un arco eléctrico interno y, eventualmente, un incendio.

Las microfisuras provocadas por impactos o pisadas sobre los módulos, además de reducir la potencia del módulo, también suponen un riesgo, ya que sus fisuras contienen una alta resistencia eléctrica que también provoca calentamiento. La siguiente figura ilustra el aumento de temperatura causado por las microfisuras.

caja de cuerdas

Se debe tener especial cuidado en la caja de cuerdas. No aplicar el torque correcto a los tornillos, el uso de conexiones incorrectas y problemas de sellado de la caja están directamente asociados al riesgo de arcos eléctricos y cortocircuitos internos.

En cuanto a los componentes, es imprescindible que respeten los límites de temperatura, tensión, aislamiento y corriente para los que fueron diseñados. La especificación técnica de cada uno de los componentes de la string box se puede encontrar en el artículo Comprender las especificaciones básicas de los componentes de String Box..

Es obligatorio que todas las cajas de strings externas tengan un nivel de protección de al menos IP55. En un artículo reciente, DPS: El airbag de los sistemas fotovoltaicos, queda claro cómo la falta de calidad interna de un componente aparentemente dimensionado correctamente puede provocar un fallo eléctrico grave.

Tabla 2: Clasificación IP de protección contra la entrada de cuerpos sólidos y líquidos

Instalación de inversor y CA

El inversor en sí, especialmente si es de un fabricante de buena calidad, presenta poco riesgo de arco interno, precisamente porque tiene un diseño robusto y protecciones internas que pueden detectar fallas tempranamente.

Los defectos eléctricos en los inversores se deben principalmente a [1] diseño e instalación: terminales mal engarzados o con conductores incorrectos y límites de tensión y corriente superiores a los permitidos.

También se deben respetar las condiciones del lugar de instalación: la norma NBR 5410 clasifica los ambientes y edificios según su riesgo de combustión y da directrices sobre el nivel de protección de los dispositivos y conductores que pueden ser utilizados.

El dimensionamiento de los cables de CA y CC, según criterios de capacidad de carga de corriente, también está directamente relacionado con el riesgo de calentamiento y fusión. Para obtener más información sobre el tamaño, lea el artículo. Dimensionado de cables y protecciones en sistemas fotovoltaicos..

Prevención de fallos e incendios

A partir de los estudios de incendio mostrados anteriormente, podemos clasificar las principales acciones para prevenir fallos entre acciones de diseño, acciones de instalación y acciones de selección de componentes.

Tabla 3: Acciones para prevenir fallas e incendios en sistemas fotovoltaicos

La norma brasileña ABNT NBR 16274 dicta qué pruebas de puesta en servicio deben realizarse al final de la instalación, complementando así la prevención de incendios. Esta norma será objeto de un futuro artículo aquí en Canal solares.

Conclusión

La instalación de un sistema fotovoltaico no aumenta el riesgo de incendio en un establecimiento. En un mercado más maduro, como el de Alemania, sólo el 0,016% de los incendios eléctricos se debieron a fallos del sistema fotovoltaico.

Debido al crecimiento del mercado de la energía solar y al aumento de la presencia de nuevos diseñadores e instaladores, la formación técnica de los profesionales y la elección de buenos componentes son fundamentales para la prevención de incendios y la maduración del mercado fotovoltaico nacional.

Una buena elección de equipo no se limita sólo a su rendimiento. A la hora de elegir el equipo, es importante considerar la presencia del fabricante en el mercado nacional.

Como la mayoría de averías se deben a problemas de instalación, un buen soporte técnico y la formación impartida por estos fabricantes fortalecen y maduran las instalaciones de los profesionales del mercado.

Referencias

• [ 1 ] Sepanski et. al., 2015. Evaluación de riesgos de incendio en sistemas fotovoltaicos y desarrollo de conceptos de seguridad para la minimización de riesgos
• [2] Análisis de bancabilidad fotovoltaica, Stäubli
• [ 3 ] Seguridad de los consumidores contra incendios: estadísticas europeas y posibles medidas de seguridad contra incendios
• [ 4 ] Estadísticas mundiales de incendios 2018, Asociación Internacional de Servicios de Bomberos y Rescate