DPS: el airbag de los sistemas fotovoltaicos

Hablemos de seguridad y calidad. Dos cosas que siempre van juntas y son importantes cuando hablamos de DPS (Dispositivos de Protección contra Sobretensiones), el airbag de instalaciones fotovoltaicas.

Imagina la siguiente escena: vas a una tienda de autos y el vendedor ofrece dos opciones del mismo vehículo con diferentes accesorios de seguridad.

La opción 1 viene equipada con un airbag de marca reconocida y con certificado de conformidad internacional. La opción 2 tiene un airbag genérico, un poco más barato y sin ningún certificado.

El vendedor sostiene que el airbag Va a ser usado, así que puedes llevarlo contigo. Quedas satisfecho con la recomendación y sales de la tienda contento con el auto de la opción 2, con la certeza de haber hecho un buen negocio.

La escena narrada arriba parece imposible, pero ocurre todos los días en el mercado de la energía solar fotovoltaica: el vendedor empuja un caja de cuerdas el cual cuenta con un dispositivo protector contra sobretensiones que, además de ser inofensivo, puede resultar peligroso.

DPS puede considerarse el airbag de los sistemas fotovoltaicos por dos motivos. En primer lugar, es un elemento de seguridad. Es el dispositivo que gestiona el impacto y protege el equipo cuando se produce una descarga atmosférica cerca de la instalación.

En segundo lugar, es un elemento que no se puede probar. No puedes disparar el airbag para ver si funciona. Si tienes un airbag en tu auto, más vale que sea el mejor airbag del mercado. Lo mismo puede decirse del DPS que equipa el cajas de cuerdas (cajas instrumentos de cuerda) de sistemas fotovoltaicos.

¿Qué hay dentro? caja de cuerdas? Básicamente es una caja o un cuadro eléctrico donde se realizan las conexiones al instrumentos de cuerda fotovoltaica, es decir, circuitos de corriente continua.

Una caja de cuerdas basic tiene al menos un interruptor seccionador y un DPS. si el caja de cuerdas está preparado para recibir tres o más instrumentos de cuerda, también se necesitarán fusibles para proteger los módulos fotovoltaicos contra la corriente inversa.

¿Por qué el mercado está inundado de cajas de cuerdas ensamblado con componentes genéricos?

Muchos proveedores de kits fotovoltaicos ofrecen módulos e inversores de buena calidad, pero cometen errores cuando se trata de caja de cuerdas, cuyo coste corresponde a una ínfima fracción del valor total del sistema.

Si miramos dentro del caja de cuerdas Tengamos en cuenta que DPS corresponde a una pequeña parte del coste de esta caja. Moraleja: el coste del DPS es prácticamente insignificante en un sistema fotovoltaico y el ahorro no está justificado.

El DPS visto desde dentro

El DPS es un dispositivo relativamente simple. Todos los DPS del mercado son (casi) iguales, salvo pequeños detalles que marcan la diferencia. El dispositivo es básicamente una caja de plástico que contiene un varistor o, en algunos casos, un explosor. El más utilizado en sistemas fotovoltaicos sólo tiene el varistor.

La función del varistor es desviar la corriente eléctrica y absorber la energía de las sobretensiones, protegiendo así los equipos que se encuentran conectados a la instalación eléctrica. Las sobretensiones normalmente son causadas por descargas atmosféricas, un fenómeno que muchas veces provoca que se quemen dispositivos electrónicos desprotegidos.

Diferenciando los protectores contra sobretensiones del mercado

Gran parte de lo que se puede decir sobre los protectores contra sobretensiones de una marca u otra, sin una guía regulatoria adecuada y sin evidencia de laboratorio, puede rayar en simples “conjeturas”.

Según información que recogí de mi colega Sérgio Santos, ingeniero eléctrico de Lambda Consultoria, las normas de instalación que involucran DPS son las ABNT NBR 5410: 2008, Instalaciones eléctricas de baja tensión y ABNT NBR 5419: 2015, Protección contra descargas atmosféricas.

El estándar del producto DPS es ABNT NBR IEC 61643-1: 2007 Dispositivos de protección contra sobretensiones de bajo voltaje Parte 1: Dispositivos de protección conectados a sistemas de distribución de energía de bajo voltaje: requisitos de rendimiento y métodos de prueba. En Brasil sólo tenemos la primera parte de esta norma, pero hay varias otras partes en la norma IEC correspondiente.

Agregó además que los DPS no son productos con certificación obligatoria por parte del INMETRO (Instituto Nacional de Metrología, Calidad y Tecnología), como los disyuntores, por ejemplo.

Por lo tanto, se puede leer que varios DPS fabricados en Brasil 'cumplen la norma ABNT NBR IEC 61643-1:2007', 'según la norma ABNT NBR IEC 61643-1:2007'. Pero el fabricante que certificó su producto deberá escribir 'certificado según ABNT NBR IEC 61643-1:2007' y presentar el certificado correspondiente.

En resumen, según lo anterior, existe una norma internacional IEC que está parcialmente adoptada en Brasil, pero la certificación no es obligatoria. Entonces, lo que observamos es la entrada de productos al mercado brasileño sin ningún criterio. El fabricante puede simplemente declarar que cumple las normas o no declarar nada.

Es importante que los consumidores soliciten un certificado de conformidad internacional para los productos, ya que no tenemos un programa de certificación obligatorio para estos dispositivos en Brasil. Los buenos fabricantes, que no tienen nada que temer, seguramente se ofrecerán voluntariamente a proporcionar esta documentación.

A continuación vemos un ejemplo de certificado de conformidad de un DPS para aplicaciones fotovoltaicas, emitido por un laboratorio internacional acreditado.

Dispositivo de extinción de arco y protección contra incendios.

Un aspecto importante de los dispositivos de protección contra sobretensiones disponibles comercialmente es su capacidad para extinguir la arco eléctrico y prevenir incendios.

Los dispositivos que no tengan esta característica requerirían, en principio, el uso de fusibles externos, lo que complica las instalaciones. Si estos fusibles no están disponibles, se recomienda (si no es obligatorio) utilizar un dispositivo interno.

Este problema de extinción del arco y posibilidad de incendio está relacionado con el final de la vida útil del dispositivo. El varistor interno DPS tiene una vida útil limitada y solo se puede utilizar un número limitado de veces.

Después de varias actuaciones absorbiendo las sobretensiones eléctricas, el varistor comienza a ver reducida su impedancia, provocando una fuga de corriente a través del dispositivo.

Esta corriente de fuga alcanzará en algún momento un nivel crítico y podría provocar un cortocircuito y fundir el DPS, como ocurre con bastante frecuencia en las instalaciones.

Cuando se funde, el DPS puede causar un arco eléctrico, creando un principio de fuego. Esta situación debe evitarse en instalaciones fotovoltaicas.

Para evitar los problemas mencionados anteriormente, la corriente de fuga a través del varistor debe interrumpirse de alguna manera. Es decir, se debe eliminar el varistor del circuito hasta poder sustituirlo por uno nuevo.

El sistema de extracción de varistores que encontramos en prácticamente todos los protectores contra sobretensiones del mercado consta de un contacto metálico asociado a un resorte. La corriente de fuga circulante derrite un punto de soldadura y permite que el contacto se abra como un interruptor. El sistema es muy ingenioso, pero aquí existen algunos peligros.

El método de ruptura por fusión no es muy predecible y depende de la calidad de la soldadura. Los dispositivos DPS que he tenido la oportunidad de abrir parecen hechos a mano: tienen un aspecto casero e inspiran poca confianza.

Bien, puedes decir "Es sólo tu opinión". Es cierto que es sólo mi opinión, ya que no he realizado pruebas con estos dispositivos. Y ni siquiera es mi trabajo hacerlo. Para ello existen normas técnicas y laboratorios de certificación acreditados.

Después de mi opinión del párrafo anterior, analicemos un hecho (que no es una opinión, sino un hecho real): la apertura del contacto que se muestra en la figura puede no ser lo suficientemente rápida para evitar un incendio.

Abrir el contacto, como se ve en la Figura 4A, provocará un arco eléctrico debido a la naturaleza del circuito. Hablamos de un sistema fotovoltaico de corriente continua, con tensiones normalmente entre 500V y 1500V. Aquí tenemos el escenario perfecto para un incendio y casi siempre sucederá, tarde o temprano.

Nadie compra un DPS pensando en el día que dejará de funcionar, así como nadie compra un coche pensando en utilizar el airbag. Pero hay que tener en cuenta: cuando necesitas DPS, es mejor que funcione.

Y también es bueno que no ponga en riesgo su vida ni su patrimonio. Todavía no conozco informes de personas que hayan muerto debido a la mala calidad del DPS, pero hay muchos sistemas quemados, con grandes pérdidas para sus propietarios.

La siguiente figura muestra un DPS de la marca “D”, de calidad superior.

NOTA: No mencionaré marcas en este artículo, de esta manera mantengo la imparcialidad de mis opiniones y evito recibir las habituales notificaciones legales de fabricantes que se sienten incómodos en mi bandeja de entrada de correo electrónico. Desgraciadamente hay empresas que invierten más en su departamento jurídico que en su departamento de ingeniería. Nada en contra de los abogados (son necesarios en muchos casos y, como ocurre con el airbag y el DPS, más vale tener uno bueno), pero la ingeniería es clave en este caso. Las empresas que no invierten en investigación y desarrollo y temen las críticas y las opiniones técnicas deberían ser excluidas del mercado. Y nadie mejor que el consumidor para provocar esta prohibición.

En la Figura 6 vemos la organización interna de una DPS marca “D”. En la foto 6A vemos que se utiliza el mismo método de aflojamiento por fusión de soldadura. La diferencia es lo que ocurre después, cuando se interrumpe el contacto.

En este modelo DPS, una pieza giratoria, movida por la fuerza del resorte, empuja el contacto metálico hacia el lado derecho y llena el espacio por donde podría pasar la corriente eléctrica. Cuando se empuja hacia la derecha, el contacto metálico activa el circuito auxiliar. evitar (ilustrado en la figura siguiente), donde encontramos un fusible.

Este fusible interrumpirá entonces la corriente eléctrica de forma segura, ya que el arco eléctrico se producirá dentro de su carcasa, sin riesgo de que el DPS se derrita o se incendie.

Comprar un cerdo en un empujón

Respetando la máxima popular, debes tener cuidado con lo que encuentras en el mercado. Además de las diferencias mostradas en el apartado anterior, todavía tenemos que lidiar con la falta de compromiso con la verdad por parte de algunos fabricantes.

En ausencia de una certificación obligatoria para este producto en Brasil, cualquier cosa puede pasar en el mercado de todos contra todos: las reglas del juego son: no hay reglas. A continuación vemos dos productos de las marcas “D” y “S”. Ambos son lindos por fuera, pero uno de ellos es normal por dentro.

En las Figuras 9 y 10 vemos extractos de los catálogos de protectores contra sobretensiones de las marcas “D” y “S”. El primer catálogo menciona los certificados internacionales del producto, proporcionados por laboratorios acreditados.

El segundo menciona la norma IEC 61643, sin especificar si se sigue la norma y sin proporcionar ninguna indicación de que el producto tenga un certificado de conformidad.

En las Figuras 11 y 12 encontramos información sobre los dispositivos internos de interrupción de corriente eléctrica utilizados (o supuestamente utilizados) por los dos fabricantes. El fabricante “S” afirma tener un sistema muy similar al del fabricante “D”, que está patentado.

Además de que la información es falsa, ya que el producto de la marca “S” claramente no tiene esta característica – como se evidencia en las imágenes de la Figura 4 – las cifras presentadas en el catálogo de este fabricante parecen haber sido copiadas descaradamente de su competidor “D”. ”.

Las similitudes entre las figuras son sorprendentes. ¿Qué pasa con un fabricante que presenta información falsa en su propio catálogo, afirmando tener tecnología que no tiene?

Conclusión

Para los buenos expertos, medias palabras son suficientes. Si las palabras no son suficientes, también tenemos el certificado de conformidad, la norma técnica, los datos del catálogo y las fotografías de los productos que se presentaron en este artículo.

Le hago al lector estas preguntas finales:

• ¿Vale la pena utilizar protectores contra sobretensiones genéricos en instalaciones fotovoltaicas?
• ¿Comprarías un vehículo con airbag ¿Marca genérica sólo para obtener un descuento inferior al precio de una pizza?
• Entonces, ¿por qué aceptas usar un DPS más bajo?

Un DPS para aplicación fotovoltaica de la marca “S” cuesta actualmente en el mercado alrededor de R$ 125 (valor para el consumidor final). El mismo producto de la marca “D”, con todas las ventajas que ofrece, cuesta sólo un 30% más.

Esto representa un ahorro de alrededor de R$ 40, lo que ciertamente no justifica el uso de un producto inferior, que pondría en riesgo el sistema fotovoltaico.

Hay muchos problemas en los sistemas fotovoltaicos que se encuentran en Brasil, que van desde errores graves de diseño hasta fallas de instalación. El uso de protectores contra sobretensiones de mala calidad es otro problema que encontramos. Esto ocurre en gran medida debido a la desinformación de los consumidores o incluso a la falta de conocimiento por parte de los revendedores y distribuidores.

Este artículo ha demostrado que los dispositivos de protección contra sobretensiones no son todos iguales y la calidad de este producto es importante para el funcionamiento seguro de los sistemas fotovoltaicos, sin que ello represente un aumento significativo en el valor global de la instalación.