Con el rápido desarrollo de los sistemas de generación de energía solar fotovoltaica (PV), los diseños HVDC se utilizan cada vez más en tejados residenciales, plantas de energía y proyectos industriales/comerciales. El fusible es una parte clave de la seguridad del circuito de los sistemas fotovoltaicos. Su función principal es interrumpir el circuito rápidamente en caso de fallas de sobrecorriente o cortocircuito-, para evitar daños al equipo e incidentes de seguridad. Sin embargo, algunos usuarios creen erróneamente que los fusibles de CA estándar-que son más baratos-pueden utilizarse como alternativa a los fusibles especiales para células fotovoltaicas. En la práctica, esto plantea importantes riesgos para la seguridad y puede provocar fallos de protección, daños a los equipos e incluso incendios.
Entonces, ¿por qué no sustituir los fusibles fotovoltaicos por fusibles de corriente alterna estándar? En este documento, se analizarán en detalle el principio de funcionamiento, los requisitos de rendimiento y los estándares relacionados.
Usos del sistema fotovoltaicoDC
El conjunto fotovoltaico produce corriente continua; la corriente permanece CC en todo el circuito-desde la cadena de ensamblaje y la combinación de chasis hasta el nivel de entrada del inversor.
En cambio, los fusibles de CA estándar están diseñados para sistemas de distribución de CA en función de las características eléctricas de la corriente (CA.
Una de las principales características de la CA es el cambio de dirección de la corriente, que pasa por "cero" varias veces por segundo. A 50 Hz, por ejemplo, la corriente puede superar las 100 veces por segundo. Cuando se fusiona un circuito, cuando la corriente pasa por cero, el arco se extingue de forma natural, por lo que el mecanismo de extinción del arco en un fusible de CA es relativamente simple.
Por el contrario, DC carece de una intersección natural de punto cero-y la dirección actual sigue siendo la misma. Durante un cortocircuito, el arco persistirá, lo que requiere que el fusible dependa de una estructura especial de extinción de arco para cortar rápidamente la corriente. Por lo tanto, el sistema fotovoltaico requiere un fusible.
especialmente diseñado para aplicaciones de CC.
El arco CC es más difícil de extinguir que el arco CA
Ésta es la razón fundamental por la que los fusibles de CA estándar no pueden sustituir a los fusibles fotovoltaicos.
Cuando los componentes internos del fusible se derriten, se forma un arco de alta-temperatura entre los dos extremos. Durante la CA, el arco se puede extinguir de forma natural cuando la corriente cae repetidamente a cero.
Sin embargo, el arco todavía existe en el sistema DC, que puede alcanzar temperaturas de varios miles de grados centígrados y seguir liberando mucho calor. Si el fusible no tiene suficiente capacidad de extinción del arco, pueden surgir los siguientes problemas:
El arco continúa ardiendo, impidiendo que el circuito se interrumpa realmente.
Los fusibles implosionan o incluso explotan;
Se quemaron materiales aislantes circundantes;
Encienda la caja combinadora o el gabinete de distribución de energía;
Equipos como inversores y componentes fotovoltaicos están dañados.
Por lo tanto, los fusibles fotovoltaicos generalmente se apagan con arena de cuarzo, una carcasa cerámica de alta resistencia y la estructura del elemento fusible se optimiza para garantizar la extinción rápida y segura del arco de CC.
Los fusibles fotovoltaicos tienen altas clasificaciones de voltaje de CC.
Los niveles de voltaje comunes para los sistemas fotovoltaicos incluyen:
600 VCC
1000 VCC
1500 VCC
Por el contrario, las tensiones nominales de un fusible de CA estándar son generalmente:
250 VCA
400 VCA
500 VCA
690 VCA
Es importante tener en cuenta que el voltaje nominal de CA no es directamente equivalente al voltaje nominal de CC.
Por ejemplo, un fusible de CA con una corriente nominal de 690 V puede soportar sólo entre 250 V y 400 V de CC. Si se instala en un sistema fotovoltaico de 1000 V o 1500 V, es posible que el fusible no proporcione protección, ya que no puede interrumpir el arco de CC de alto-voltaje incluso si el elemento fusible se funde.
Por lo tanto, el sistema fotovoltaico requiere un fusible especialmente diseñado para aplicaciones fotovoltaicas y sus clasificaciones de voltaje de CC deben cumplir con los requisitos del sistema.
Las características de protección de los fusibles fotovoltaicos son más adecuadas para sistemas de energía solar.
Los paneles solares tienen características de salida únicas.
Por ejemplo:
La corriente fluctúa continuamente con la irradiancia solar.
La corriente de salida varía entre mañana/tarde, días nublados y soleados;
Cuando varias cadenas están en paralelo, puede ocurrir un reflujo;
Las corrientes de falla tienden a durar más.
Las características-de flujo temporal de los fusibles fotovoltaicos están diseñadas específicamente para estas condiciones de funcionamiento; pueden soportar las fluctuaciones actuales durante las operaciones normales y al mismo tiempo responder rápidamente en caso de falla.
Los fusibles de CA estándar están diseñados principalmente para cargas de CA y no funcionan bien en sistemas fotovoltaicos de CC, lo que genera dos problemas potenciales:
Accidentes por tropiezos (soplados) durante el funcionamiento normal;
Respuesta retrasada o incapacidad para operar durante el mal funcionamiento.
Ambas condiciones pueden afectar el funcionamiento estable de los sistemas fotovoltaicos. Espoletas fotovoltaicas de acuerdo con Normas Internacionales Especializadas
Las espoletas especialmente diseñadas para aplicaciones fotovoltaicas deben cumplir con estándares internacionales, tales como:
IEC 60269-6 (Fusibles de bajo-voltaje: fusibles que protegen los sistemas solares fotovoltaicos)
UL 248-19 (Estándar para fusibles fotovoltaicos)
Estos estándares establecen requisitos estrictos en cuanto a la rompibilidad de CC, el aumento de temperatura, la durabilidad, el rendimiento de extinción del arco y la confiabilidad.
Por el contrario, los fusibles de CA estándar están diseñados de acuerdo con los estándares de distribución de CA y aún no han sido validados por el entorno operativo de los sistemas fotovoltaicos y, por lo tanto, no cumplen con los requisitos de seguridad del sistema fotovoltaico.
Riesgos de utilizar fusibles de CA estándar
Reemplazar los fusibles fotovoltaicos por fusibles de CA estándar para reducir costos puede generar los siguientes riesgos:
La corriente de falla CC no se puede interrumpir;
Arco eléctrico continuo que provoca daños en los fusibles;
Quemadura a alta temperatura dentro de la caja de combinación;
Tensión por sobrecorriente de componentes fotovoltaicos e inversores;
Mayor tiempo de inactividad del sistema y costos de mantenimiento;
Peligro oculto de incendio eléctrico grave y extremadamente grande que pone en peligro la seguridad de las personas y de la propiedad.
Teniendo en cuenta la inversión total en sistemas fotovoltaicos, el coste de los fusibles es insignificante, pero desempeñan un papel crucial en la protección de la seguridad. Elegir el producto equivocado para ahorrar una pequeña cantidad de costos de adquisición a menudo genera mayores pérdidas económicas.
¿Cómo elegir correctamente un fusible fotovoltaico?
Para garantizar el funcionamiento seguro y confiable del sistema fotovoltaico, se debe dar prioridad a lo siguiente en el proceso de selección:
Tensión nominal: no debe ser inferior a la tensión CC máxima del sistema (por ejemplo, 1000 V CC o 1500 V CC).
Corriente nominal: En base a la corriente de cortocircuito (Isc), número de hilos paralelos y márgenes de diseño del conjunto fotovoltaico.
Capacidad de trituración: se debe cumplir el requisito de corriente de falla potencial máxima en el sistema.
Criterios de acreditación: priorizar los productos que cumplan y estén certificados según IEC 60269-6, 248-19 y otros.
Adaptabilidad ambiental: considere entornos de aplicación como temperaturas altas o bajas, humedad, niebla salina, etc., y elija productos que sean-resistentes a la intemperie. Conclusión:
Aunque los fusibles fotovoltaicos (PV) tienen un aspecto similar a los fusibles de CA estándar, existen diferencias fundamentales en los principios de diseño, los entornos de aplicación y los requisitos de rendimiento. Debido a que el sistema fotovoltaico opera bajo corriente continua de alto voltaje, los requisitos de capacidad de extinción de incendios por arco de CC, capacidad de fragmentación, voltaje nominal, etc., son estrictos. Los fusibles de CA estándar no cumplen con estos requisitos y el uso de fusibles de CA estándar no solo no proporciona una protección eficaz, sino que también plantea graves riesgos de seguridad.
Durante la construcción, operación y mantenimiento de plantas de energía fotovoltaica, se deben seleccionar fusibles especiales para energía fotovoltaica (PV) de acuerdo con las normas pertinentes y de acuerdo con el voltaje, la corriente y el funcionamiento del sistema. Sólo utilizando el dispositivo de protección correcto el sistema fotovoltaico podrá funcionar de forma segura y constante durante mucho tiempo.
Preguntas frecuentes
1. Los fusibles fotovoltaicos tienen el mismo aspecto que los fusibles de CA estándar. ¿Es intercambiable?
No. Si bien algunos productos pueden tener dimensiones físicas similares, tienen diferentes estructuras internas, diseño de arco y parámetros de rendimiento; no puedes intercambiarlos simplemente porque se ven similares.
2. ¿Por qué los sistemas de CC son más difíciles de proteger que los sistemas de CA?
La falta de un punto cero natural de paso de CC significa que el arco formado durante la falla continuará ardiendo; por lo tanto, se requieren elementos de protección de CC especializados con capacidad avanzada de extinción de arco.
