Bruno Furtado

Los sistemas fotovoltaicos de generación distribuida tienen un papel cada vez más presente en la sociedad actual. La popularización de estos sistemas de generación ha suscitado varias preocupaciones de sus usuarios y entidades sobre puntos como la seguridad de estos sistemas frente a incendios y su impacto en la conexión a la red eléctrica, en Brasil y en el mundo. Un factor importante a considerar cuando se trata de seguridad es la seguridad física y económica de los instaladores de sistemas, quienes están expuestos a riesgos, como trabajar bajo electricidad y en alturas. La correcta formación de estos profesionales debe ser una prioridad para abordar las cuestiones implicadas en seguridad que se mencionarán. Eligiendo equipos de alta calidad y realizando una instalación adecuada, se pueden reducir considerablemente los riesgos económicos de la empresa encargada de instalar el sistema fotovoltaico. Por otro lado, la instalación y el diseño son los puntos más críticos para garantizar la seguridad y vida útil del sistema. Sin embargo, unos equipos de alta calidad no son suficientes para garantizar la total seguridad de las instalaciones si la mano de obra no está formada. En este artículo se tratarán las principales causas de los problemas y las soluciones que se pueden incorporar para aumentar la seguridad de los sistemas fotovoltaicos. Al abordar el tema de la seguridad, tanto material como personal, en los sistemas fotovoltaicos, se debe prestar atención al uso de la electricidad y al riesgo estructural que la carga del sistema supone para el lugar donde fue instalado. Riesgos de incendio En relación con el riesgo de incendio, las estadísticas del Reino Unido en 2017 muestran que de aproximadamente 1 millón de sistemas fotovoltaicos existentes, solo se registraron 58 incidentes de incendio. En Alemania se registró una proporción similar de incidentes. De los 54 GW instalados hasta la fecha, sólo alrededor del 0,006% se vieron afectados por incendios. Los sistemas fotovoltaicos son seguros por naturaleza, cuando se instalan correctamente y se utilizan equipos de alta calidad, que garantizan la seguridad de la planta. Causas de los incendios Al analizar las causas de los incendios, en los Países Bajos alrededor del 70% de los casos de incendio registrados se debieron a arcos eléctricos en el lado de corriente continua (CC) de las instalaciones. En estos sucesos se enumeraron como las principales causas malas conexiones eléctricas, conectores mal instalados y conexiones cruzadas. Conexiones Entre estas causas podemos mencionar la falta de engarzado correcto de los conectores y conexiones cruzadas. El proceso de engarzado debe realizarse según un procedimiento correcto y con herramientas específicas. Conexión cruzada es el nombre que recibe una conexión mediante dos conectores no compatibles que, por similitud constructiva, se acoplan mecánicamente. Sin embargo, aunque pueden acoplarse mecánicamente, estos conectores al ser de diferentes fabricantes no permiten la correcta conexión eléctrica entre ellos. En dos conectores en los que no existe una conexión adecuada, se puede formar una capa de óxido entre los polos de contacto, provocando una resistencia de transición. Esta resistencia puede provocar el desarrollo de puntos calientes dentro del conector, lo que puede provocar un punto de ignición de un incendio a través de un arco eléctrico interno al conector. Asimismo, se puede decir que el mismo problema ocurre con conectores instalados incorrectamente. Arco eléctrico Como hemos visto anteriormente, el arco eléctrico es el mayor villano de las instalaciones eléctricas. Cuando se habla de corriente continua, el arco es aún más crítico, debido a que ocurre incluso a voltajes más bajos, en comparación con los voltajes de los circuitos de corriente alterna. El arco de corriente continua es difícil de extinguir. Además de favorecer el inicio de los incendios, este tipo de arco dificulta la lucha contra el fuego una vez iniciado. Los sistemas eficientes aportan mayor seguridad La seguridad de los sistemas fotovoltaicos ha evolucionado continuamente, a medida que la tecnología avanza y los sistemas se vuelven más populares. Por ejemplo, en la tecnología inversora se han integrado dispositivos para monitorear la corriente residual, medir la resistencia de aislamiento, protección contra polaridad inversa y otras funciones, para garantizar la seguridad y estabilidad del funcionamiento del sistema. SMA ArcFix Además de estas tecnologías, SMA ha desarrollado SMA ArcFix, un sistema de detección e interrupción de arco eléctrico (AFCI), que hace que el sistema sea más seguro y fiable de forma inteligente, con una mínima adición de componentes electrónicos. El sistema SMA ArcFix detecta eficazmente posibles arcos eléctricos en paneles fotovoltaicos e interrumpe el circuito eléctrico antes de que el punto donde se formaría el arco se caliente y, en consecuencia, provoque un incendio. SMA es pionera en la aplicación del sistema AFCI en Estados Unidos de América y lleva más de una década desarrollando y mejorando esta solución. Apertura de un conector MC4 sin AFCI (imagen superior) y con AFCI (abajo) Solución de SMA para conectores Respecto a las conexiones eléctricas, que se han presentado como la principal causa de incendio, SMA lleva años solucionando el problema de forma sencilla. La conexión entre los módulos fotovoltaicos y el inversor se realiza mediante el conector SUNCLIX. SUNCLIX es un conector exclusivamente compatible, lo que elimina la posibilidad de cruces, al no encajar con los conectores más comunes del mercado. El conector SUNCLIX no requiere de una herramienta exclusiva para su montaje, haciendo que el sistema fotovoltaico sea más fiable, debido a que el montaje es mucho más sencillo, minimizando errores. Las conexiones eléctricas se vuelven más sencillas y seguras cuando se utilizan inversores de SMA. Instalación más segura con menos dispositivos Sistema SMA con strings convencionales (izquierda) y sistema con MLPE (derecha) Como se vio anteriormente, las fallas en las conexiones eléctricas son la principal causa de arco eléctrico, que a su vez es la principal causa de incendio en los sistemas fotovoltaicos. En un sistema de strings convencional, sólo existe una conexión entre dos módulos fotovoltaicos, como se muestra en la figura anterior. Cuando utilizamos sistemas MLPE (optimizadores de potencia o inversores), el número de conexiones aumenta drásticamente, ya que se coloca un dispositivo adicional entre los módulos, aumentando el riesgo de arcos eléctricos en esta instalación. Además de las conexiones adicionales, es necesario asegurarse de que las conexiones entre módulos y optimizadores electrónicos sean del mismo modelo y fabricante, de lo contrario se producirá una conexión cruzada, lo que supondrá un riesgo mucho mayor para la instalación. Con el creciente número de nuevos productos y fabricantes que ingresan al mercado, esta preocupación debería ser aún mayor, ya que no existe un estándar de conector definido para este uso. Es responsabilidad del instalador, que ya se ocupa de otras funciones, comprobar la compatibilidad entre estas conexiones. Por ejemplo, en un sistema de techo de 60 kW, utilizando módulos de 300 Wp, cuando se utiliza un sistema de inversor string, el número aproximado de conexiones eléctricas es de 200. Para un sistema que utiliza electrónica a nivel de módulo, este número aumenta a aproximadamente 600 conexiones, lo que resulta en un sistema más complejo, más costoso de instalar y más susceptible a fallas e incendios. Tabla: Número de dispositivos y conexiones en un sistema string versus MLPE String Inverter MLPE Dispositivos electrónicos instalados en cubierta 0 200 Número aproximado de conexiones de corriente continua 200 600 Número estimado de componentes electrónicos en el sistema ≈ 2.000 ≈ 60.000 Otros datos a tener en cuenta es que a medida que las instalaciones fotovoltaicas envejecen, mayor es el riesgo de fallo de sus equipos, y mayor el riesgo de incendio. Por otro lado, una instalación lean con pocos componentes sufrirá menos este efecto que una instalación con electrónica de potencia a nivel de módulo, como optimizadores, por ejemplo. Una menor confiabilidad, durante la vida útil del sistema, significa mayores posibilidades de que el instalador tenga que realizar visitas al sitio. En el caso de instalaciones que utilicen optimizadores, en caso de avería se podrán colocar servicios mayores en la cubierta, lo que podría provocar accidentes. Gráfico de tasa de supervivencia en función de años para sistemas instalados antes de 2010 (7) Seguridad para los profesionales de extinción de incendios Para proteger a los profesionales de extinción de incendios en la lucha contra un posible incendio, se propone la instalación de electrónica de potencia a nivel de módulo, con dispositivos que prometan apagar los paneles fotovoltaicos para que el profesional pueda acceder al tejado sin riesgo de recibir una descarga del panel fotovoltaico. En EE.UU. este tipo de sistema es obligatorio, aunque el número de incidentes en los que los profesionales de los bomberos recibieron descargas de sistemas fotovoltaicos es extremadamente bajo. Estos dispositivos electrónicos funcionan mediante protocolos de comunicación entre sí. Después de la activación remota, reducen el voltaje del campo hasta 80 V. Pero en caso de incendio, incluso después de activar el sistema de apagado rápido, no se recomienda el contacto con cualquier superficie que pueda estar energizada, como los propios módulos fotovoltaicos y la estructura que hace contacto con ellos, ya que se pueden producir daños en el rendimiento. este equipo, debido a daños causados por el propio incendio o fallas de desempeño, ya que este equipo puede haber estado expuesto a la lluvia y altas temperaturas durante décadas. Este equipo puede prevenir descargas eléctricas, pero no garantiza una protección total al profesional durante la extinción de incendios, y puede crear una falsa sensación de seguridad en el profesional. Con el rápido avance de la tecnología que resulta en un aumento en el voltaje de circuito abierto Voc de los módulos a lo largo de los años, estos dispositivos están perdiendo su efectividad para interrumpir el arco eléctrico. Con el aumento de conexiones y la gran posibilidad de provocar conexiones cruzadas, estos equipos pueden contribuir a un aumento en el número de incidentes de incendio. Seguridad de su inversión SMA es una empresa que lleva 40 años operando en el mercado, la mayor parte de estos años los ha dedicado al desarrollo de equipos seguros para sistemas fotovoltaicos, con más de 100 GW de inversores instalados en todo el mundo y más de 25 millones de sistemas vendidos, el equivalente a 100 plantas nucleares. La inversión en investigación, desarrollo y seguridad es la base con la que SMA se ha consolidado en el mercado global. A la hora de adquirir una instalación fotovoltaica, la seguridad financiera de este activo es también, después de la seguridad de las vidas que lo ocupan, una de las prioridades a evaluar. Es por eso que SMA ofrece hasta 10 años de garantía de fábrica y hasta 20 años de cobertura de garantía a través de una garantía extendida. El inversor SMA se somete a una estricta prueba de calidad SMA lleva 40 años demostrando su compromiso con el mercado global realizando servicios de garantía con el mismo estándar de excelencia en todo el mundo. Al instalar un sistema con componentes SMA, seguramente tendrás la mayor vida útil de los equipos probados en laboratorios de última generación, cubiertos por la garantía de SMA. Esto proporciona mayor seguridad para el instalador y el cliente final. Conclusión Los sistemas fotovoltaicos instalados en tejados son extremadamente importantes para garantizar el suministro distribuido de energía eléctrica a partir de una fuente renovable y fiable en la transición energética global. En las últimas décadas, los sistemas fotovoltaicos han demostrado ser seguros. Para garantizar la mayor seguridad de los sistemas y de los ocupantes de las viviendas y comercios que los recibirán durante el mayor tiempo posible, un correcto diseño, una instalación a prueba de fallos y la selección de equipos de calidad son elementos esenciales. Para prevenir riesgos de incendio, sistemas más sencillos han demostrado ser más eficaces. Menos complejidad supone mayor seguridad para los ocupantes y profesionales que prestarán asistencia en caso de incidencia en el lugar de la instalación. SMA se ha comprometido con la seguridad, aportando sistemas más eficientes que reducen las posibilidades de accidentes para los instaladores. Con menos dispositivos que instalar y reparar, reduciendo el riesgo de accidentes como incendios y caídas. Como visto no desenvolvimento deste artigo, a redução do número de conexões e conexões cruzadas, um dos maiores riscos de incêndios, utilizando menos conectores é uma das preocupações da SMA, fornecendo conectores que são exclusivamente compatíveis e que não necessitam de ferramenta especial, evitando erros montaje. Conectores SMA SUNCLIX En caso de falla, los dispositivos de seguridad como la detección e interrupción de arco eléctrico actuarán y evitarán que esta falla se convierta en un incendio, preservando así la vida y la inversión del cliente. SMA es pionera en el desarrollo de soluciones de detección e interrupción de arco eléctrico, integradas en el inversor, proporcionando sistemas seguros sin necesidad de dispositivos adicionales. Referencias Sistemas solares fotovoltaicos y contra incendios – Investigaciones y pruebas – Centro Solar Nacional BRE Datos recientes sobre la energía fotovoltaica en Alemania – Fraunhofer ISE 2017 TNO, Brandincidenten met fotovoltaïsche (PV) systemen in Nederland. IEC TR 63225:2019 - Incompatibilidad de conectores para aplicaciones de CC en sistemas fotovoltaicos Evaluación de riesgos de incendio en sistemas fotovoltaicos y desarrollo de conceptos de seguridad para la minimización de riesgos - TUV Rheinland & Farunhofer ISE Fotovoltaica y operaciones de bomberos: mejores prácticas en países seleccionados - IEA-PVPS -TAREA 12 – NREL Zuverlässigkeit von Photovoltaik-Wechselrichtern – Technik und Informatik Energie- und Mobilitätsforschung PV-Labor – Berner Fachhochschule Solar Electric Systems - Seguridad para bomberos – Australian PV Association O. Lavrova, J. E. Quiroz, J. Flicker y R. Gooding, "Evaluación actualizada de los riesgos de descarga eléctrica para los bomberos que trabajan cerca de sistemas fotovoltaicos", 2017.ª Conferencia de especialistas fotovoltaicos (PVSC) de IEEE de 44, Programa de investigación y prevención de muertes de bomberos de 2017 – Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) Jordania, D. C., Silverman, T. J., Wohlgemuth, J. H., Kurtz, S. R. y Van Sant, K. T. (2017) Modos de falla y degradación fotovoltaica. Prog. Fotovoltaico: Res. Appl., 25: 318–326. doi: 10.1002/pip.2866. NFPA, NFPA 70: Código Eléctrico Nacional 2017

Bruno Furtado

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SMA Safety: seguridad en sistemas fotovoltaicos