Risco de segurança contra incêndio
Nos últimos anos, os acidentes de incêndio em usinas fotovoltaicas têm ocorrido com frequência, que não apenas perdem a propriedade da usina e a receita de geração de energia, mas também causam danos ao edifício e lesões pessoais, e até se espalham para o ambiente ao redor, resultando em uma série de desastres secundários .
O arco CC é o fenômeno de falha mais comum em usinas fotovoltaicas. Arcos ocorrerão devido à queda de contato, envelhecimento do dispositivo, ruptura do isolamento e aterramento inadequado. Além disso, o dano do arco DC é muito maior do que o do arco AC, porque não há ponto de cruzamento zero no arco DC, uma vez que ele ocorre, ele continua a queimar, é difícil extinguir e é muito fácil causar acidentes com fogo. Segundo as estatísticas, mais da metade dos acidentes de incêndio em usinas fotovoltaicas são causados por arcos CC. À medida que as especificações dos módulos fotovoltaicos se tornam maiores, a potência e a corrente do sistema do lado CC aumentam. De acordo com a lei de Joule Q=I²Rt, a corrente dobra, e o efeito térmico do ponto de curto-circuito aumenta 4 vezes, o risco de causar um incêndio também aumenta muito.
Classificação de arco DC
Ao contrário dos produtos elétricos tradicionais, não há invólucro integral para módulos fotovoltaicos e sua fiação para conter arcos e faíscas causados por falhas de componentes e fiação, enquanto muitas instalações fotovoltaicas são capazes de operar nas tensões CC típicas que sustentam arcos CC.
Existem três categorias principais de arcos em instalações fotovoltaicas:
— Arcos em série podem ser causados por fiação incorreta ou fiação em série quebrada
— Arcos paralelos podem ser causados por curtos-circuitos parciais entre linhas adjacentes de diferentes potenciais
— Arcos de aterramento devido a falha de isolamento
Arco da Série
Arco em série, também conhecido como arco desenhado. Arcos em série são geralmente causados por mau contato dos plugues de cabos entre os componentes e má conexão entre cabos de string e caixas de combinação ou inversores. Devido ao grande número de plugues em série na central fotovoltaica, existem 2.000 pares de plugues em uma central fotovoltaica de 1MW no telhado. É difícil garantir que todos os plugues sejam de boa qualidade com tantos pares de plugues. Esses perigos levam a um mau contato e à formação de arcos CC.
Atualmente, alguns inversores integram a função de proteção contra arco, mas há dois grandes problemas com essa proteção: Primeiro, se houver uma falha de arco em uma string, todo o inversor será desligado, causando grandes danos. Perda de geração de energia; segundo, sem a função de localização de falha de arco, o pessoal de operação e manutenção não pode encontrar a localização do arco a tempo e com precisão, o que essencialmente não é uma solução. A única proteção de reset técnico que eles podem fazer é manter o inversor funcionando. Deste ponto de vista, a função de proteção de desenho de arco integrada no inversor não pode realmente resolver o problema de falha de desenho de arco.
Arco paralelo
Arcos paralelos são causados principalmente por curto-circuito de condutores positivos e negativos causados por danos na linha ou curto-circuito entre cabos de string. Quando os cabos das cordas são espremidos ou desgastados mecanicamente, ocorrerá arco entre os eletrodos positivo e negativo, ou entre diferentes cordas, o que é uma falha de arco paralelo. Há outra situação que também pode levar a arcos paralelos. Quando os arcos série no sistema não são tratados a tempo, o calor dos arcos série queima o isolamento dos cabos e gera arcos paralelos.
Quando ocorre um arco paralelo entre os condutores principais da matriz quadrada do componente, uma vez que o arco pode obter energia suficiente, é mais difícil extingui-lo, o que causará um grande acidente de incêndio. O arco de falta em série pode ser extinto desconectando o barramento CC ou o string correspondente do sistema fotovoltaico, mas o arco de falta em paralelo não pode ser extinto, podendo até mesmo fazer com que uma corrente maior passe pelo caminho do arco, tornando o arco mais intenso.
Atualmente, a função de proteção de arco integrada no inversor não pode detectar arcos paralelos e arcos de terra, mas o poder destrutivo dos arcos paralelos é muitas vezes 10 vezes maior do que os arcos em série, e o risco de segurança é ainda maior.
Arco Terra
O envelhecimento e danos de componentes ou danos mecânicos levam à descarga no solo. Se os componentes forem colocados de forma plana no telhado de telha de aço colorido, haverá arcos de terra ou vazamentos. Esse tipo de falha não é fácil de descobrir, principalmente em dias chuvosos. Atualmente, a solução é desligar o inversor e esperar que o solo seque antes de ligá-lo. Este método não elimina efetivamente os perigos e aumenta o risco de choque elétrico pessoal.
Alta Tensão CC
Em uma usina fotovoltaica, os módulos fotovoltaicos são conectados em série para formar um circuito de alta tensão CC, que geralmente atinge cerca de 1000V. Mesmo quando o sistema é desligado, ainda há uma alta tensão CC de cerca de 1000 volts na matriz do módulo fotovoltaico. Especialmente para centrais fotovoltaicas em telhados, quando ocorre um incêndio em centrais e edifícios fotovoltaicos, é difícil resgatar com segurança; durante a operação e manutenção de rotina da usina ou manutenção da propriedade, os operadores e inspetores também correm o risco de choque elétrico.
Análise de risco do cenário
Governo, Escola, Hospital, Telhado residencial
1. Controle regional. É impossível usar drones para escanear componentes em busca de anormalidades e não encontrar perigo a tempo;
2. A população é densa. A matriz quadrada do componente tem vazamento, alto risco de choque elétrico para o pessoal;
3. O resgate é limitado. Em caso de emergência como incêndio, a alta tensão da corda não pode ser desligada, dificultando o resgate;
4. A influência da opinião pública. Se ocorrer um acidente, a opinião pública terá um impacto maior
Telhado de telha de aço de várias cores
1. É difícil inspecionar. O telhado de telha de aço colorido é inconveniente para inspecionar, e o risco de segurança do arco não pode ser descoberto a tempo;
2. O resgate é limitado. Em caso de emergência como incêndio, a alta tensão da corda não pode ser desligada, dificultando o resgate;
3. O telhado é frágil. E a faísca de arco DC é fácil de queimar através da telha de aço colorida e entrar no espaço inferior, causando incêndio e danos à propriedade
Rodovias, rios e outras áreas
1. Riscos ambientais. Faíscas esporádicas de pontas de cigarro e componentes podem facilmente fazer com que as ervas daninhas queimem abaixo;
2. Difícil de inspecionar. A área longa e estreita é inconveniente para inspeção, a operação e manutenção são difíceis e os perigos não podem ser encontrados a tempo;
3. Difícil de resgatar. Longe da área urbana, como incêndio e outros acidentes, é difícil resgatar;
4. Acidente secundário. Quando o veículo ou outro acidente danifica os componentes, a alta tensão da corda não pode ser desligada a tempo, o que provavelmente causará um grave acidente secundário.
Leis e regulamentos nacionais
EUA:
De acordo com a última edição do documento National Electrical Code NEC2020:
Tome a distância para a matriz fotovoltaica 305mm como limite, fora do limite, dentro de 30S após o dispositivo de disparo ser iniciado, a tensão cai abaixo de 30V; Dentro do limite, é necessário ter um "sistema de controle de perigo fotovoltaico" ou reduzir a tensão para menos de 80V dentro de 30S após o início do dispositivo de disparo.
Canadá:
De acordo com o Código Elétrico Canadense 2021 Edition:
Quando a tensão do lado CC do sistema fotovoltaico for superior a 80 V, deve ser instalado um dispositivo de interrupção de falha de arco ou outro equipamento equivalente.
Quando o sistema fotovoltaico é instalado no edifício, um dispositivo de desligamento rápido deve ser instalado. 1 metro de distância do módulo fotovoltaico, após o início do dispositivo de desligamento rápido, é necessário reduzir a tensão para abaixo de 30V em 30S.
Alemanha:
De acordo com o padrão alemão VDE-AR-E 2100-712:
No sistema fotovoltaico, se o inversor for desligado ou a rede falhar, a tensão CC precisa ser inferior a 120V. O uso de um dispositivo de desligamento é mencionado para trazer a tensão do lado CC abaixo de 120V.
Austrália:
De acordo com a seção 4.3.3 da norma AS/NZS 5033:2021 mais recente:
Quando a tensão CC for superior a 120Vd.c, é necessário instalar um dispositivo de desconexão entre o módulo e o inversor.
Tailândia:
De acordo com a seção 4.3.13 do Código Elétrico Tailandês - Instalações de Fonte de Alimentação Solar no Telhado 2022:
É necessário que a central fotovoltaica de telhado esteja equipada com um dispositivo de desligamento rápido, e o limite é de 300 mm da matriz fotovoltaica. A tensão dentro da faixa limite é reduzida para menos de 80 V dentro de 30 segundos após o dispositivo ser iniciado, e a tensão fora da faixa limite é reduzida para menos de 30 V.
Produtos de P&D da BENY
Para telhados solares e segurança contra incêndio em edifícios, os dispositivos de desligamento rápido no nível da string e no nível do módulo BENY controlam a tensão dos painéis até um certo nível seguro em microssegundos. Prevenir acidentes e melhorar a segurança do sistema de energia solar. As soluções de desligamento rápido da BENY são projetadas de acordo com o padrão CE, TUV, UL, em conformidade com as leis e regulamentos nacionais, como o Código Elétrico Tailandês, NEC2020. Como membro da aliança Sunspec, a BENY desenvolve RSDs de comunicação PLC para maior conformidade com vários inversores de string. Confira agora os produtos.
Epílogo
A construção de usinas fotovoltaicas está em pleno andamento e está intimamente ligada a milhares de residências. Como garantir a"segurança"de usinas fotovoltaicas está atraindo grande atenção de toda a indústria. Para resolver esse problema de forma eficaz, toda a indústria precisa trabalhar em conjunto para apresentar soluções inovadoras e melhorar constantemente os padrões e regulamentos relevantes, para então implementar realmente os requisitos relevantes na construção subsequente da usina.
Como uma importante infraestrutura energética, a operação segura, estável e eficiente das usinas fotovoltaicas é uma garantia importante para o desenvolvimento econômico.
