La seguridad de los circuitos de corriente continua en sistemas fotovoltaicos ha recibido gran atención en muchos países.
En los circuitos de corriente continua es donde se encuentran los niveles de tensión más altos, lo que puede resultar peligroso especialmente en situaciones de accidente (como incendios).
En los circuitos de corriente continua también existe el riesgo de generar arcos electricos, que son iniciadores de fuego.
Aunque estadísticamente los sistemas fotovoltaicos no son causas importantes de incendios, la presencia de arcos eléctricos (normalmente provocados por malos contactos) es potencialmente peligrosa y debe evitarse a toda costa en los sistemas fotovoltaicos.
MLPE y la seguridad de los circuitos CC
MPE (Electrónica de potencia a nivel de módulo.) es el nombre que le damos a la familia de microinversores y optimizadores de energía. Naturalmente, los sistemas de tipo MLPE presentan algunas ventajas en relación con la seguridad de los circuitos de corriente continua.
Algunas características de seguridad de los circuitos de CC también se pueden lograr en inversores de cadena convencionales con el uso de accesorios, pero en sistemas con MLPE estas características ya son nativas.
Los sistemas fotovoltaicos con microinversores son naturalmente seguros y cumplen con los requisitos de desconexión rápida y nivel de tensión de seguridad exigidos en algunos países, ya que en caso de desconexión de la conexión a la red eléctrica (es decir, apagar el disyuntor general del sistema fotovoltaico) no se liberará tensión en la salida de los inversores.
Además, los módulos fotovoltaicos se utilizan individualmente y nunca se conectan en serie, lo que mantiene siempre las tensiones del circuito abierto en niveles seguros.
El uso de optimizadores de energía vinculados a módulos fotovoltaicos se ha vuelto muy común en el mercado mundial, incluido Brasil.
En este tipo de sistema, las cadenas se construyen indirectamente, como se muestra en la Figura 2. Las cadenas están formadas por optimizadores en serie y no por módulos en serie.
La tecnología Optimizer presenta algunas ventajas desde el punto de vista de la eficiencia durante el funcionamiento normal. Además de las ventajas operativas, la presencia de optimizadores ofrece naturalmente una mayor seguridad a los sistemas fotovoltaicos en cuanto a un apagado rápido y la seguridad de los circuitos de corriente continua, con la reducción de los niveles de tensión presentes en el circuito.
Apagado rápido – apagado rápido del sistema fotovoltaico
El sistema de parada rápida del sistema fotovoltaico, conocido como apagado rápido, es un recurso utilizado y requerido por ley en algunos países en los que las normas y restricciones para el uso e instalación de sistemas fotovoltaicos son más estrictas.
artículo 690.12 de la Código Eléctrico Nacional (EE.UU.) 2014, por ejemplo, exige un mecanismo de desconexión en todos los conductores ocultos que no estén cerca de módulos e inversores. D
y según el código, todos los conductores que se encuentren a más de 3 metros de distancia del inversor deben ser desenergizados en menos de 30 segundos, en caso de emergencia, y no pueden presentar un voltaje superior a 30V en sus terminales.
Debe existir un mecanismo visible e identificado para el apagado de emergencia del sistema fotovoltaico. Esta medida se adoptó principalmente para garantizar la seguridad de los bomberos durante situaciones de incendio.
Aunque los sistemas fotovoltaicos no están asociados con las principales causas de incendios en los países donde ya se han recopilado estas estadísticas, la apagado rápido ofrece la máxima seguridad necesaria en caso de situaciones de emergencia.
En otras palabras, el sistema de apagado rápido no es la respuesta de la industria fotovoltaica para evitar que los sistemas fotovoltaicos provoquen incendios.
Es solo una característica que aumenta la seguridad de los sistemas fotovoltaicos en cualquier tipo de situación (incluidos incendios provocados por cualquier causa), evitando riesgos para los bomberos o técnicos que puedan estar manteniendo los sistemas.
en brasil el apagado rápido Aún no es una realidad, es decir, no existe la obligación de utilizar este tipo de recurso, pero la tecnología ya está disponible en el país.
Ya hemos visto algunos informes de incendios tempranos con sistemas fotovoltaicos en Brasil.
Un caso muy conocido, cuyo vídeo circuló ampliamente en Internet hace unos meses, fue el de un concesionario de automóviles en el que se cometieron varios errores: inversores instalados en alto, ausencia de un seccionador visible, stringbox instalado muy cerca de el inversor y también la falta de preparación y formación de los usuarios del sistema fotovoltaico.
Si el sistema fuera instalado de acuerdo con el estándar NEC norteamericano, debería tener un dispositivo de aislamiento y un botón interruptor. apagado rápido visible, evitando que los intentos de extinción del incendio, por parte de los presentes o de los bomberos, provoquen accidentes más graves.
No sólo el sistema apagado rápido Habría permitido extinguir el inicio de un incendio (probablemente provocado por un arco eléctrico), así como garantizar la seguridad de los bomberos en caso de un incendio mayor.
Según los documentos Riesgos de seguridad y soluciones en sistemas fotovoltaicos e Nota de aplicación: Apagado rápido en sistemas SolarEdge, del fabricante de inversores SolarEdge, apagado rápido (apagado rápido) del sistema fotovoltaico puede activarse por uno de los siguientes eventos:
- La conexión del inversor a la red eléctrica (del lado AC) se pierde por la actuación de un disyuntor, un fallo de red o cualquier otro motivo que impida la inyección de energía a la red eléctrica;
- El usuario apaga intencionalmente el inversor y se interrumpe su funcionamiento;
- El seccionador de CC del inversor (entrada de string) está apagado;
- El sistema de detección de arco eléctrico detecta una anomalía.
Detección de arco eléctrico
Los arcos eléctricos, como se mencionó anteriormente, son los principales iniciadores de incendios en los sistemas fotovoltaicos. Los arcos se producen por el paso de la corriente eléctrica a través del aire cuando hay un mal contacto en alguna parte de la instalación, normalmente en las conexiones de los strings en los cuadros eléctricos o en el inversor.
Los conectores de mala calidad (que no son raros en las instalaciones) también pueden provocar malos contactos y producir arcos eléctricos.
Las secciones 690.11 y 690.12 de la norma norteamericana NEC 2014/2017 exigen que los sistemas fotovoltaicos sean capaces de detectar y eliminar arcos eléctricos mediante el apagado automático del inversor.
La norma UL1699B exige la presencia de un sistema de detección de arco eléctrico en circuitos DC con tensiones superiores a 80 V.
Con la función de detección de arco eléctrico, el sistema fotovoltaico tiene la capacidad de detectar e interrumpir fallas de arco eléctrico causadas por malos contactos en conductores, conexiones, módulos o cualquier otro componente del sistema.
Este es un tema del que todavía no se habla mucho en Brasil. La detección de arco eléctrico aún está lejos de ser una preocupación aquí en el país.
Además de que no existen directrices reglamentarias al respecto, la mayor parte del público desconoce el peligro de los arcos eléctricos. Esto es aún más grave cuando vemos la existencia de muchas instalaciones fotovoltaicas precarias en el país, “diseñadas” y realizadas por profesionales no formados.
No es raro el uso de componentes genéricos (conectores, seccionadores, protectores contra sobretensiones), sin certificaciones internacionales, además de errores graves en la ejecución de instalaciones y conexiones eléctricas, que son la mayoría de las causas de la formación de arco eléctrico.
SafeDC de SolarEdge
La tecnología de optimización de energía fue introducida en Brasil por SolarEdge, un fabricante israelí con presencia global.
Entre los recursos disponibles en los optimizadores de esta marca se encuentra la tecnología registrada comercialmente como SafeDC, que consiste en un sistema de interrupción de corriente y reducción automática de la tensión de salida del optimizador en caso de que el inversor se apague.
En la estrategia SafeDC desarrollada por SolarEdge, los optimizadores de energía permanecen en funcionamiento mientras reciben una señal de funcionamiento del inversor.
Esta señal se renueva constantemente, excepto si se apaga el inversor o si se detecta una falla. Si no se recibe ninguna señal del inversor, los optimizadores desconectan sus terminales, interrumpiendo el suministro de corriente eléctrica y llevando la tensión de salida al nivel de 1 V.
El apagado de los optimizadores (es decir, la desconexión del circuito de CC a nivel del módulo) se produce si se alcanza cualquier condición de apagado del inversor y también cuando la temperatura interna de los optimizadores supera los 85ºC. oC.
Conclusión
Los circuitos de corriente continua de los sistemas fotovoltaicos pueden volverse más seguros con la adopción de nuevas funciones, muchas de las cuales aún no son obligatorias en Brasil.
En este artículo, ejemplificamos tres características de seguridad importantes de los sistemas fotovoltaicos: apagado rápido, detección de arco eléctrico y reducción de los niveles de voltaje en cadenas fotovoltaicas (SafeDC).
O apagado rápido y la detección de arco eléctrico son requisitos regulatorios que ya están comenzando a ser adoptados en algunos países, pero que aún no existen en Brasil.
Naturalmente, la propuesta SafeDC de SolarEdge ya permite cumplir los requisitos de desconexión rápida y segura de circuitos de corriente continua en sistemas fotovoltaicos, previstos en la norma norteamericana NEC 2014/2017.
Podemos destacar las siguientes características y las siguientes funciones posibles gracias al conjunto de funciones de SafeDC, apagado rápido y detección de arco:
- Apagado completo y rápido del sistema fotovoltaico, incluidos los circuitos de corriente continua, en caso de emergencia;
- Detección de arco eléctrico de acuerdo con las normas UL1699B y NEC 2014/2017 (secciones 690.11 y 690.12) – aún no adoptadas en Brasil;
- En caso de arco eléctrico, el sistema de apagado rápido (apagado rápido) se activa y el sistema fotovoltaico permanece apagado hasta que un operador lo reinicie manualmente;
- El voltaje de salida de los optimizadores se reduce a 1 V cuando se produce un apagado rápido; es una característica nativa de los optimizadores que SolarEdge llama SafeDC;
- La tensión presente en los circuitos de corriente continua (CC) pasa a ser inferior a 30 V después del comando de apagado rápido (considerando un límite de 30 optimizadores en las cadenas).
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