No hay duda de que la energía solar fotovoltaica es una de las formas de generación de energía más prometedoras en Brasil. Todos los sistemas solares fotovoltaicos son cada vez más accesibles y el mercado muestra altas tasas de crecimiento.
Los consumidores están cada vez más interesados en los beneficios. Los fabricantes invierten cada vez más en nuevas tecnologías, desarrollando productos con mayor eficiencia y menor coste. Los distribuidores de equipos aumentan sus inventarios y ofrecen más productos y opciones al mercado.
Finalmente, se observa un aumento significativo de profesionales y empresas que operan en el sector. Todos estos factores contribuyen a que el mercado sea cada vez más competitivo.
Sin embargo, este crecimiento acelerado –combinado con el desconocimiento de gran parte de los consumidores– permite la entrada de empresas y profesionales no preparados, lo que pone en riesgo la calidad de los proyectos e instalaciones.
Todas las instalaciones eléctricas, especialmente los proyectos de generación de energía, requieren supervisión por parte de un técnico competente y calificado. El incumplimiento de esta norma puede poner en riesgo los bienes materiales y la vida de las personas que decidan instalar un sistema fotovoltaico. Un ejemplo de un problema que puede ocurrir se ve en la imagen a continuación, que muestra el resultado de un incendio que comienza en los terminales de entrada del inversor fotovoltaico.
Descripción del suceso
Se trata de un sistema solar compuesto por un inversor de 40kW y 125 módulos fotovoltaicos. Luego de entrar en operación, el sistema necesitó mantenimiento debido a la baja eficiencia reportada por el cliente.
Al llegar al lugar de instalación, el equipo de mantenimiento apagó el disyuntor que conecta el inversor a la red AC (corriente alterna) y también el interruptor seccionador DC (corriente continua) integrado en el inversor. Teóricamente, al apagar estos dos interruptores se habrían cumplido las condiciones de seguridad necesarias para el mantenimiento del sistema.
El siguiente paso sería desconectar los conectores MC4 (entradas del módulo fotovoltaico) de la parte inferior del inversor. Durante el primer intento de desconexión, un arco eléctrico y lo mismo fue suficiente para que casi instantáneamente se iniciara un incendio en el lugar. ¿Qué podría haber pasado si el sistema estaba apagado tanto en el lado de CA como en el de CC?
Análisis técnico de hechos.
El inversor utilizado en el sistema tiene 8 entradas. instrumentos de cuerda y 2 entradas MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia), además de fusibles y seccionador CC integrado. En la Figura 1 a continuación mostramos el diagrama eléctrico de una de las entradas MPPT del inversor, donde verificamos la existencia de 4 entradas para conectar instrumentos de cuerda fotovoltaica.
El seccionador se coloca después de las barras colectoras donde instrumentos de cuerda están conectados en paralelo, como podemos ver en las Figuras 1 y 2. De esta manera, desconectar el interruptor de CC mantiene energizados los buses de entrada y en consecuencia el instrumentos de cuerda permanecen conectados eléctricamente entre sí, como se ve en la figura siguiente. Sin embargo, esto no debería ser un problema.
Luego de extinguir el incendio, se realizó una inspección técnica al sistema y se identificó en el proyecto la siguiente configuración, a saber: instrumentos de cuerda conectado a la entrada MPPT2:
MPPT2
- ST1 – 17 módulos;
- ST2 – 16 módulos;
- ST3 – 15 módulos;
- ST4 – 15 módulos.
Se puede ver claramente que el arreglo estaba compuesto por instrumentos de cuerda que contienen un número diferente de módulos fotovoltaicos y conectados en paralelo, como se muestra en la Figura 2. Esta situación debe evitarse y está prohibida por las normas de diseño de instalaciones eléctricas fotovoltaicas. Cualquier diseñador o instalador bien preparado sabe que no deben colocarse en paralelo instrumentos de cuerda diferentes, ya sea con diferentes cantidades o tipos de módulos.
Corriente inversa
La conexión paralela de instrumentos de cuerda diferente causa una diferencia de potencial entre el instrumentos de cuerda con más módulos (voltajes más altos) y el instrumentos de cuerda con menos módulos (voltajes más bajos). Con la diferencia de potencial y la existencia de un camino, existe circulación de corriente inversa en los módulos de las cadenas más pequeñas.
Esta situación se ilustra en la Figura 3, donde vemos un ejemplo (diferente a la configuración del caso estudiado) en el que existen tres instrumentos de cuerda con 16 módulos y 1 cadena con 14 módulos conectados en paralelo. Como indica la figura, el instrumentos de cuerda de 16 módulos suministrará corriente eléctrica en su dirección normal, mientras que el cadena de 14 módulos recibirán corriente en dirección inversa.
La corriente inversa en los módulos solares, aunque no deseada, puede ocurrir en sistemas fotovoltaicos cuando existe alguna desigualdad entre instrumentos de cuerda conectados en paralelo. Incluso con instrumentos de cuerda idénticas, puede ocurrir la corriente inversa si hay una diferencia en la incidencia de la radiación solar en la instrumentos de cuerda.
Por lo tanto, la instrumentos de cuerda con menos luz (sombreados o sucios, por ejemplo) tendrán voltaje reducido y recibirán corriente inversa impuesta por el instrumentos de cuerda más iluminado. Para evitar este problema es necesario utilizar fusibles en serie con el instrumentos de cuerda en cualquier proyecto fotovoltaico donde existan tres o más instrumentos de cuerda paralelo.
¿Cuál fue la causa del accidente?
Al desconectar uno de los conectores MC4 en la entrada del inversor, se desconectó un circuito eléctrico de corriente continua bajo carga, condición muy propicia para la generación del arco eléctrico, que fue lo que provocó el incendio.
Había corriente circulando entre instrumentos de cuerda, incluso con el inversor apagado, con el instrumentos de cuerda menor bajo corriente inversa, como se ilustra en la Figura 4. Apagar el disyuntor de CA y el seccionador de CC no pudo evitar la existencia de corriente eléctrica en los módulos en este caso.
Como se ha comentado anteriormente, el incendio se produjo por la presencia de corriente en el circuito durante el seccionamiento al retirar el conector. En un sistema bien diseñado, con instrumentos de cuerda de igual tamaño, no debería circular corriente a través de los módulos fotovoltaicos.
En rigor, la causa del accidente fue un error de diseño, un error muy básico, cuya explicación sólo puede basarse en la falta de preparación de quienes diseñaron y también de quienes instalaron el sistema. El suceso en cuestión no es un accidente, sino un error técnico.
¿Por qué no funcionaron los fusibles en este caso?
Fusibles en serie con el instrumentos de cuerda presentes en el interior del inversor podrían haber actuado impidiendo la existencia de corriente en el sistema. Los módulos fotovoltaicos están especificados para soportar una corriente inversa que suele ser el doble de la corriente nominal de cortocircuito, es decir, alrededor de 18 A en los módulos disponibles actualmente en el mercado.
La corriente de corte de los fusibles debe estar situada por debajo de este valor (18A) y obviamente por encima del valor nominal de la corriente de cortocircuito (9A). Normalmente, en este diseño se utilizarían fusibles con una clasificación de corriente de interrupción de 12 A, suficiente para proteger los módulos si se producen corrientes inversas superiores a 12 A.
En un sistema fotovoltaico correctamente diseñado, con instrumentos de cuerda de iguales características, la circulación de corriente inversa es posible, pero poco probable. A menos que las condiciones de irradiación solar sean muy diferentes entre instrumentos de cuerda, la corriente inversa no fluirá y, en realidad, es muy raro que esto suceda. Entonces, ¿qué pasó en este proyecto?
Analizando el circuito de la Figura 4, vemos que hay corrientes circulando por todos los módulos, con el instrumentos de cuerda los más pequeños ofrecen continuamente un camino para el paso de la corriente eléctrica suministrada por los más grandes. De esta manera, incluso con condiciones de irradiación solar idénticas, siempre habrá algo de corriente circulando por los módulos.
Los fusibles podrían haberse disparado si tuviéramos un mayor número de instrumentos de cuerda, generando condiciones para la creación de corrientes inversas de alta intensidad. Sin embargo, en este caso las corrientes inversas se dividieron entre las instrumentos de cuerda menores, provocando corrientes ciertamente inferiores a 12 A, el valor de interrupción de los fusibles.
Aun así, en caso de arco eléctrico, ¿por qué no funcionaron los fusibles? La respuesta es sencilla: no es función de los fusibles proteger el circuito contra los arcos eléctricos. Si la intensidad del arco eléctrico es inferior a la corriente de interrupción del fusible, el fusible ni siquiera notará la existencia del arco.
Es un error común pensar que los fusibles presentes en los circuitos fotovoltaicos (en el lado CC) previenen accidentes como este. La función de los fusibles es evitar sobrecorrientes en los circuitos (proteger los módulos) y no tiene relación con la extinción de arcos eléctricos.
Conclusión
Existen evidentes errores de diseño y ejecución en el caso estudiado. La raíz del problema era el paralelismo de instrumentos de cuerda con diferente número de módulos, un error conceptual importante que cualquier diseñador o instalador bien preparado no debería cometer.
Es esencial que las características eléctricas del instrumentos de cuerda conectados en paralelo son iguales (la desviación máxima permitida es del 5% en cualquier variable: potencia, voltaje, corriente). También la inclinación y acimut de instalación de los módulos. instrumentos de cuerda Las líneas paralelas deben ser iguales (también con una desviación máxima permitida del 5%).
En este caso hubo una sucesión de errores cometidos, desde el diseño, ejecución y entrada en operación. El sistema estaba mal diseñado, mal instalado y no fue puesto en servicio (inspeccionado) antes de la puesta en servicio. Desgraciadamente, el consumidor que adquiere una instalación fotovoltaica no sabe que está siendo perjudicado por malos profesionales, poco preparados, que dañan la imagen del mercado de la energía solar fotovoltaica.
Incluso con todos estos defectos de diseño e instalación, un equipo de puesta en marcha calificado contratado para inspeccionar el proyecto seguramente habría detectado e identificado los defectos del sistema y habría evitado el incendio.
Este texto fue publicado en el área de artículos de Linkedin del autor y se reproduce aquí con su consentimiento. Su contenido ha sido editado, complementado y revisado por el equipo editorial de Canal solares.
Contribuyó a este artículo. Bruno Kikumoto e Marcelo Gradella Vilallva
new RDStationForms(‘interesse-em-cursos-artigos-do-canal-solar-2a68fc32cce5530fe808’, ‘UA-145443047-1’).createForm();
Comentários (4)
Los comentarios se moderan antes de su publicación.Los comentarios deben ser respetuosos y contribuir a un debate saludable. Los comentarios ofensivos pueden ser eliminados. Las opiniones expresadas aquí son las de los autores y no necesariamente reflejan la posición del autor. Canal solares.
En resumen, ¡si fuera MLPE no habría sucedido!
Artículo muy útil para mí.
En este caso no se instalaron los strings de cajas de protección que preceden al seccionador del inversor.
Buenos días, estoy interesado en aprender todo sobre los sistemas de energía fotovoltaica distribuida, ya he tomado algunos cursos pero solo enseñan lo básico, no me interesan este tipo de cursos, tengo muchas ganas de aprender a diseñar y instalar con mayor seguridad y eficiencia.