Fuego con energía solar (no del tipo bueno)

Advertencia de contenido: A continuación se discute el fuego. Nos gusta el fuego (a veces).

Fotovoltaica, Fotopirotécnica

Hoy en día, consideramos el fuego, Walmart y Tesla, y la relación específica (de la que sólo recientemente somos conscientes) entre el fuego y la siguiente tecnología para tejados:

Típico sistema solar fotovoltaico en tejados (imagen cortesía del Banco Mundial).

Cada joven que alguna vez sostuvo una lupa pronto aprendió que SOL + HERRAMIENTA = FUEGO es una ecuación confiable para divertirse. Pero, ¿sabía usted que la herramienta también podría ser un panel fotovoltaico (PV) en una instalación solar en una azotea? Según el rumor de las noticias de la semana pasada, Walmart lo sabe, y ellos lo saben muy bien. Estos enlaces son de Reuters y Ars Technica, respectivamente, pero si prefieres escucharlos con un acento sarcástico australiano, EEVBlog te tiene cubierto a través de su canal de YouTube. Dado que el TechReport tiene al menos un miembro con un interés personal en la energía solar para tejados, éste naturalmente llamó nuestra atención.

Resumen: Walmart experimentó siete incendios solares fotovoltaicos en los techos de tiendas minoristas entre 2012 y 2018, incluyendo algunos que comenzaron después de que exigieron un apagón eléctrico de los halcones bribones que anidaban en sus áticos. Este mes, la compañía persiguió al vendedor de equipos en la corte por términos legales arcanos como «negligencia» y «millones de dólares». El giro es que el vendedor fue Solar City y Telsa compró la compañía en 2016. Por lo tanto, Tesla Energy Operations es el demandado en la demanda de Walmart, lo que añade un poco de intriga a la historia y prácticos términos de SEO para parásitos sedientos como nosotros.

Hicimos un poco de investigación y aprendimos que las instalaciones de Walmart no son los únicos paneles solares de la ciudad que se utilizan en Thich Quang Duc. Aparentemente un tipo llamado Roe Osborn, editor de The Journal of Light Construction, tuvo una instalación de Solar City en su casa de Rode Island y decidió tomarse un descanso para fumar a principios de la primavera, y su experiencia de seguimiento con el contratista de apoyo de Tesla no suena mucho mejor de lo que la demanda de Walmart afirma por sus propias llamadas de servicio.

Complicando aún más las cosas, Business Insider recientemente descubrió detalles sobre un programa de Tesla llamado «Proyecto Titán». Tesla aparentemente reconoció que tenían un problema bastante amplio, relacionado con el fuego, con ciertas partes y piezas en sus instalaciones solares, e intentaban corregirlo silenciosamente. No está claro si el equipo del programa fue el responsable de los incendios de Walmart, pero queda por ver qué piensa el juez de todo esto, suponiendo que llegue tan lejos.

Los tipos con ojos legales pueden encontrar los detalles del traje de Walmart en PlainSite. Nuestro objetivo es revisar por qué un panel solar puede incendiarse. La historia de una forma de vida brillante, impregnada de silicona, imbuida de la única misión de broncearse durante 20 años, suena más como un sacárico set de Lifetime Original en Venice Beach que como la descripción de un punto de origen en la libreta de notas de un investigador de incendios. Pero como la demanda de Walmart incluye las siguientes pruebas fotográficas, queremos saber por qué podría ocurrir esto:

Irónicamente, hecho en América.

Sí, fieles lectores de subtítulos, fuimos allí. Acéptalo.

Miedo y Odio en Las Standards

Vale, basta de hablar de Walmart y Tesla. Sigamos con el fuego, que es la razón por la que todos hicieron clic en el primer lugar. En primer lugar, si aún no sabe lo que es el principio fotovoltaico o lo que hace una célula solar más específicamente, Wikipedia lo tiene cubierto para ambos. Luego, tenga en cuenta que la literatura de la industria reconoce la posibilidad de un incendio en el panel, y que existen normas al respecto. El problema es que la energía solar fotovoltaica es un mercado caliente en este momento, y las regulaciones aún están en desarrollo. Una nueva instalación es probablemente un poco más segura que la de hace sólo cinco años, y esa instalación de hace cinco años es probablemente algo más segura que la de hace más de 10 años. Así va la vida, por supuesto, pero va más rápido para una tecnología que aún se encuentra en su fase de alto crecimiento.

Por ejemplo, la NFPA, con sede en EE.UU. -editores del Código Eléctrico Nacional (NEC), entre otros-, proporciona amplios requisitos de seguridad para los sistemas fotovoltaicos. Están haciendo el esfuerzo. Pero cuando comparé la sección sobre sistemas fotovoltaicos en las tres ediciones más recientes de NEC – 2011, 2014 y 2017 – hubo muchas adiciones y aclaraciones en sólo esos seis años. Yo esperaría aún más en la próxima actualización trienal en 2020. Además, no todas las jurisdicciones hacen cumplir el último CNE, a menudo porque no han tenido tiempo de revisarlo e incorporarlo a la ley.

Mientras tanto, si desea obtener más detalles sobre las normas y los requisitos de licencia, esta publicación del Departamento de Energía debería retenerlo durante un par de horas. Por el bajo, bajo precio de lo que sea que estén cobrando en estos días, también puede consultar la norma UL 1703-3.

Hoy, en «Will it Burn?»

Dos preguntas. Primero, ¿cómo puede quemarse un panel solar? Y segundo, ¿qué puede causar que se encienda?

En cuanto a la primera: a pesar de la gruesa superficie de vidrio que asociamos con las instalaciones fotovoltaicas, un panel típico incluye una gran cantidad de material inflamable. Por qué? Bueno, los mejores paneles solares en el mercado hoy en día son alrededor del 22% de eficiencia y la mayoría están en el rango de 15-17%. Esto significa que se necesita mucha superficie y que tiene que ser soportada de alguna manera, pero no tan masiva como para requerir métodos de instalación pesados.

Ejemplo: Suponiendo que usted se decida por los mejores paneles (porque, según L$0027Oreal, vale la pena) y los exponga a la luz directa del sol a 1050 W/m^2, más una serie de otras suposiciones simplificadoras… se llega a una situación en la que cada metro cuadrado de montaje de paneles solares está clasificado para una potencia de salida de unos 230W de CC. Eso es por una hora más o menos al mediodía, con los ángeles cantando por encima. Hay pérdidas de conversión adicionales antes de que la energía de CC se convierta en energía de CA en la red.

Para construir esa salida a un nivel utilizable, necesitaremos al menos varios de estos grandes dispositivos, construidos usando la mejor combinación de bajo costo, peso ligero, rigidez moderada, alta resistencia a la humedad y buen aislamiento eléctrico. Si se dice algo así, un diseñador de productos inteligente piensa inmediatamente en «plástico». Los paneles solares fotovoltaicos modernos a menudo se construyen sobre un sustrato de plástico, laminados sobre una superficie de vidrio y enmarcados con aluminio.

La trampa: cualquier plástico petroquímico contiene mucha energía almacenada en busca de una fuente de ignición. Si encuentra uno, se quemará alegremente y esparcirá pedazos ardientes y derretidos por todo el vecindario. Menos de una trama de por vida y más de una trama de ISIS, en otras palabras. Por lo tanto, o bien el plástico debe ser ignífugo, con costes medioambientales añadidos, o bien el panel debe especificarse y probarse para que interactúe con los materiales de cubierta estándar de forma que resista la propagación excesiva del fuego.

Lo que nos lleva a la segunda pregunta: Fuentes de ignición. Estos tipos saben un par de cosas sobre el tema, y les recomiendo que lo lean todo. Pero si quieres las notas de Cliff$0027s Notes, las causas se dividen aproximadamente de la siguiente manera:

  • Fallo de cableado en los cables o conductores de potencia (malas prácticas de instalación, incursión de humedad, animales, etc.). Un cableado defectuoso puede sobrecalentarse o comenzar a formar arcos.
  • Conexiones a tierra defectuosas (prácticas de instalación y mantenimiento deficientes). Las conexiones a tierra malas o faltantes pueden permitir que se produzca una sobretensión en el conjunto de paneles, lo que provoca una avería en el aislamiento eléctrico del conjunto o de los conductores circundantes.
  • Fallo de arco en el panel (malas prácticas de instalación, deterioro del panel). Los daños en el panel o el rápido deterioro de un panel mal diseñado pueden llevar a que surjan fallas eléctricas en los ensamblajes del panel.

Por supuesto, un fallo del inversor u otro dispositivo aguas abajo también puede provocar un incendio, pero las razones principales que explican por qué los conjuntos de paneles pueden iluminarse en el tejado son las mismas.

Ejemplo de panel práctico

Veamos un panel real de una instalación a escala utilitaria. El siguiente es un ejemplo de un popular panel fotovoltaico supuestamente producido por JinKO Solar, una de las casas de diseño más grandes de China:

El jugo está suelto.

Si desea saber más sobre la configuración, JinKO publica la guía de instalación en línea para su placer de lectura. Aquí hay una foto de la parte de atrás y una pegatina con la placa de identificación:

Datos de la placa de características del panel solar JinKO.

Para desglosar los datos de esa etiqueta, tenemos una empresa cuyo nombre elegido es fonéticamente similar a «jinx». Sugerencia: no hagas eso. En un análisis más detallado, también tenemos un panel de 1,94 m^2 con una potencia nominal de 310W para una prueba de exposición de 1000 W/m^2. Haga las cuentas y eso resulta en una eficiencia de alrededor del 16%, que es exactamente la mitad del paquete para los dispositivos modernos. También tenemos una clasificación de Clase «C» de resistencia al fuego, que es el nivel más básico de resistencia al fuego del techo que se ofrece en la construcción residencial de estructura ligera. Este panel se instala en un conjunto de rastreadores en el desierto, de modo que esa parte no importa tanto, pero se vuelve relevante si usted piensa que se vería bien en su casa.

Por lo tanto, el panel cumple con los requisitos básicos y, sin embargo, se quemará. Hay una capa de vidrio bastante gruesa en la parte superior, pero está entrelazada con un sustrato de plástico blanco, lo cual es obvio en estas fotos. Las celdas están conectadas a él, el bus de colector de CC está conectado a él, y el bloque de salida principal al arnés de cableado está conectado a él en la parte posterior (no en la imagen). Y aquí está el giro que afecta a este y a todos los paneles solares: no hay forma de apagar esta cosa mientras está expuesta a la luz.

El panel fotovoltaico intentará generar un máximo de 8 A a unos 37 VCC, o unos 9 A en cortocircuito, siempre que el sol brille sobre él. Lo hará independientemente de si está entregando potencia al inversor o a una mancha oscura en crecimiento que también está empezando a oler mal. Lo único que prácticamente puede detenerlo es un bloqueador solar a escala de supervillano, la caída de la noche, o la eventual pérdida de rendimiento eléctrico que ocurre en un bonito fuego caliente. Dos de esos tres no son confiables en el momento de la necesidad, y el tercero es el momento de la necesidad.

Pensamientos de cierre

Afortunadamente, los incendios de paneles fotovoltaicos no son tan comunes, aunque la recopilación de datos en los Estados Unidos sigue siendo problemática. Lo que podemos decir es que si estas cosas se encendieran todos los días, la otra mitad de California ya se habría quemado y sellado en una tumba de vidrio resoldado. Además, los problemas de Tesla/Solar City nombrados en la demanda de Walmart parecen estar relacionados con un proveedor y un plazo de tiempo específicos, así que o tiene una instalación de Solar City más antigua en su tejado en este momento y debería hacer que la inspeccionen o no la tiene.

Dicho esto, las precauciones de seguridad recomendadas por el instalador -pantalla para animales, inspecciones de rutina, cumplimiento del código eléctrico- están ahí por una razón y deben seguirse religiosamente. Los paneles fotovoltaicos parecen bastante inocuos, algo que se estaciona en el techo y luego hace lo suyo, pero son sólo una solución de fuego y olvido en el sentido de que si te olvidas de ellos, podrías tener un incendio.

Además, si alguna vez tiene problemas con su arreglo y necesita apagarlo en frío, entienda que incluso después de desconectar el inversor, la única manera de detener el arreglo en sí mismo es cubrirlo con materiales opacos recomendados por su instalador solar o departamento de bomberos local. La resistencia al fuego puede ser necesaria para estos materiales, por lo que los materiales fáciles como lonas u hojas de madera contrachapada pueden no ser aceptables para los reguladores locales, por no hablar de la HOA.

A nuestros lectores: ¿Tiene alguna experiencia con instalaciones fotovoltaicas, incendios de matrices o con los códigos y normas que afectan a ambas? Por favor, hable en los comentarios! Nos encantaría saber más sobre este tema de sus experiencias personales o profesionales.

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