Mejorar la seguridad del suelo

La seguridad solar en los techos ha cambiado rápidamente en los últimos años impulsada por una combinación de regulación e innovación. Aquí, Bill Brooks, experto en NEC y director de Brooks Engineering, y Kleber Facchini, director de gestión comercial de productos, y Jason Bobruk, director de cumplimiento de códigos, ambos de SolarEdge Technologies, explican por qué es el momento adecuado para aplicar los mismos estándares de seguridad a instalaciones de montaje en suelo y cochera.

La última década ha sido transformadora para la industria solar. La demanda ha aumentado exponencialmente, impulsada en igual medida por el deseo de actuar de manera más responsable y sostenible, y debido a las ventajas económicas, posibles gracias a años de avances tecnológicos, que puede lograr. Esta proliferación está ocurriendo en forma de aplicaciones de techo, cochera y montaje en suelo, todas las cuales son necesarias para respaldar la creciente demanda de energía limpia y renovable para alimentar nuestro mundo.

Durante este tiempo, las regulaciones NEC han avanzado para incluir un conjunto mínimo de estándares que deben implementarse en los sistemas fotovoltaicos de techo para garantizar la seguridad tanto de las personas como de la propiedad. Sin embargo, es notable que, hasta la fecha, no se han introducido tales regulaciones para las instalaciones solares de montaje en suelo y en cocheras.

En parte, esto se debe a la percepción de que, en el caso extremadamente improbable de un mal funcionamiento, la energía fotovoltaica en la azotea representa un mayor riesgo para la seguridad de las personas porque está físicamente más cerca de ellas. Sin embargo, se puede argumentar que las mismas preocupaciones de seguridad también están presentes en las aplicaciones de montaje en suelo y en cocheras.

Por ejemplo, los estacionamientos techados están inherentemente diseñados para albergar tanto a los conductores como a sus vehículos. Al mismo tiempo, la proliferación de instalaciones de montaje en suelo acercará invariablemente estos sitios a los hogares y negocios a los que sirven y, como consecuencia, a las personas que viven y trabajan en ellos.

Sin regulaciones que los guíen, los propietarios y desarrolladores de sistemas solares deben sopesar las ventajas de pagar más por un sistema fotovoltaico con características de seguridad mejoradas en comparación con el nivel de riesgo percibido. Sin embargo, la realidad es que, si se implementan, las soluciones de seguridad avanzadas no solo pueden ayudar a mitigar el riesgo, sino que también pueden ahorrar potencialmente millones de dólares a los propietarios de sistemas solares a largo plazo.

Es importante tener en cuenta que los incendios donde se instalan sistemas fotovoltaicos son increíblemente raros y, por lo general, no se originan en el sistema fotovoltaico en sí; Las fallas eléctricas o los métodos de instalación deficientes pueden ser los culpables más comunes. Independientemente, es esencial asegurarse de que, en caso de que ocurra un problema, se cuente con el equipo adecuado para mitigar los riesgos tanto para las personas como para la propiedad.

Por ejemplo, consideremos lo que puede suceder en una instalación solar si se produce una falla a tierra, algo que se vuelve más común a medida que envejecen los sistemas solares.

Si bien los inversores centrales y de cadena tradicionales están diseñados para reconocer fallas a tierra y apagarán el sistema hasta que se tomen medidas correctivas, no es raro que se ignoren las fallas a tierra, especialmente si se percibe que la falla es un problema molesto causado por la humedad. . Los inversores están equipados para probar el aislamiento de la resistencia por la mañana y no se iniciarán hasta que la resistencia del aislamiento supere un umbral establecido.

Sin embargo, si la falla a tierra se desarrolla cuando hay humedad, el inversor puede arrancar más tarde en el día y no arrancará en absoluto si la falla a tierra es persistente. En ambas situaciones, mientras la falla a tierra está presente y, por lo tanto, hay una conexión activa a tierra, el voltaje del arreglo con respecto a tierra se mantiene en hasta 1500 V CC, lo que abre la puerta a un riesgo inmenso para las personas y la propiedad, en caso de que ocurra una segunda falla. .

Cuando solo hay una falla a tierra presente y el inversor está apagado, se evita que la corriente fluya a través de la ruta a tierra. Sin embargo, si ocurre una segunda falla a tierra dentro del arreglo, se crea un segundo camino a tierra que no es deseable y, en ciertas ocasiones, pueden ocurrir corrientes circulantes sin restricciones.

Por ejemplo, la figura 1 muestra una matriz sin conexión a tierra con una falla a tierra que se ha desarrollado entre el cable negativo de una cadena y tierra. Si la falla ocurre durante la operación del inversor, el inversor se apagará inmediatamente, cesando la corriente a tierra. Sin embargo, aunque el inversor esté apagado, habrá niveles de voltaje de hasta 1500 V CC en el arreglo mientras haya una ruta activa a tierra.

La Fig. 2 muestra el punto donde ocurre la segunda falla en una cadena sin falla (es decir, una cadena diferente al sitio de la primera falla). Esto hace que la corriente fluya sin restricciones hasta que el fusible del combinador se despeja, lo que puede llevar mucho tiempo ya que las clasificaciones de los fusibles son mucho más altas que las corrientes normales, que también son fuentes limitadas.

Sin embargo, puede ocurrir otra situación potencialmente mucho más peligrosa si la segunda falla a tierra se desarrolla en la misma cadena fallada, como se muestra en la Fig. 3.

En este escenario, la corriente sin restricciones seguirá fluyendo hasta la puesta del sol o hasta que uno de los caminos a tierra se despeje. Esto puede hacer que se desarrolle un arco, lo que hace que el aislamiento del cable se derrita y que caigan desechos calientes sobre cualquier cosa que se encuentre debajo de la matriz. Esto es altamente indeseable en cualquier situación. Sin embargo, presenta riesgos aún mayores si la matriz está en una cochera, debido a la creciente presencia de vehículos eléctricos (con baterías) y equipos de carga de alta potencia que se alojan debajo de estas estructuras.

En segundo lugar, es probable que ocurran fallas a tierra debido al hecho de que cuando ocurre una falla a tierra, el polo opuesto se empuja al voltaje de circuito abierto FV completo. Cuando esto ocurre, aumenta aún más la probabilidad de que fallen los conductores y el equipo en el polo opuesto (véanse las Figs. 2 y 3). La experiencia de la industria con fallas de campo ha demostrado que una vez que un sistema detecta una falla a tierra, la segunda falla a tierra no se queda atrás. Se ha observado un período de dos semanas como un período de tiempo típico para una segunda falla. Esto ha informado a los procedimientos de gestión de activos para recomendar que el tiempo de respuesta para una falla a tierra detectada no supere los siete días desde el evento inicial. Este tiempo de respuesta no garantiza la seguridad. Simplemente reduce la probabilidad de una falla catastrófica.

La buena noticia es que, con el desarrollo de la tecnología de inversor de electrónica de potencia a nivel de módulo (MLPE), estas situaciones potencialmente peligrosas se pueden minimizar, o incluso evitar por completo.

Los sistemas MLPE avanzados incluyen una función de apagado rápido incorporada que reduce automáticamente el voltaje del arreglo a un nivel seguro dentro de los 30 segundos posteriores a la ocurrencia de una falla a tierra, lo que deja a las fallas a tierra secundarias prácticamente impotentes para causar daños. Esto se debe al hecho de que una vez que se detecta una falla a tierra, el nivel de voltaje de la matriz permanecerá en niveles seguros siempre que la ruta a tierra esté activa.

Otra ventaja importante de la tecnología de inversor MPLE es la capacidad de evitar que ocurran fallas de arco.

Las fallas de arco pueden ocurrir entre el cableado y los conectores del módulo por una variedad de razones, incluidas las fallas a tierra no administradas, el envejecimiento, la intemperie, el daño mecánico, el daño físico por roedores y la instalación incorrecta. Las uniones dañadas resultantes disminuyen el área de la sección transversal, lo que aumenta efectivamente la resistencia de la conexión y aumenta significativamente el calor, lo que, si no se controla, podría convertirse en una falla de arco en el futuro.

Las soluciones avanzadas de MLPE mitigan este problema al monitorear constantemente los conectores fotovoltaicos para detectar cualquier aumento de temperatura. Si las temperaturas superan un cierto umbral, se activa un evento y el voltaje de la matriz se reduce automáticamente mediante la función de apagado rápido incorporada, deteniendo el arco antes de que ocurra. En un sistema sin esta capacidad, la única forma de detectar conexiones deficientes es a nivel del suelo con una cámara térmica. Sin embargo, esto es extremadamente laborioso y no se puede llevar a cabo en tiempo real.

Los propietarios de sistemas fotovoltaicos con aversión al riesgo que entienden las preocupaciones de seguridad en torno a las aplicaciones de montaje en suelo y en cocheras ahora están aplicando las mismas medidas de seguridad que ya se han adoptado en los sistemas fotovoltaicos de techo. Además de los beneficios de seguridad descritos aquí, el uso de MLPE también brinda otros beneficios clave. Éstas incluyen:

En conclusión, los sistemas solares ahora se ven como inversiones a largo plazo que deben administrarse y monitorearse de cerca para maximizar el rendimiento financiero. Al igual que con cualquier inversión significativa, es importante comprender el impacto de cada decisión, desde el diseño y la selección de componentes, la elección del instalador y el plan de operación y mantenimiento, porque cada uno afecta la seguridad, la longevidad y el retorno de la inversión (ROI) de el sistema.

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