Cómo un EPC solar reduce los costos de falla de arco de CC en un 35 % con la caja combinadora Soutya AFCI

Antecedentes del cliente

Empresa mediana de EPC solar con sede en Stuttgart, Alemania, diseña e instala sistemas fotovoltaicos comerciales en tejados en toda Europa. Con una cartera de 80 MW en virtud de contratos de operación y mantenimiento a largo plazo, la empresa presta servicios a instalaciones de fabricación, centros logísticos y operadores de almacenamiento en frío. Cada proyecto oscila entre 500 kW y 2 MW, y la empresa es responsable tanto de la construcción como del mantenimiento continuo.

El equipo de operación y mantenimiento de la empresa había estado lidiando con un número cada vez mayor de disparos de inversores y eventos térmicos causados ​​por fallas de arco de CC. Los principales culpables fueron los conectores envejecidos, el roce de los cables y las terminaciones sueltas en los circuitos de cadena. A medida que la cartera se expandió, el costo del mantenimiento reactivo comenzó a erosionar los márgenes de ganancias.

El desafío: fallas de arco de CC no detectadas

Las fallas de arco de CC son peligrosas porque se mantienen sin consumir suficiente corriente para activar un fusible o disyuntor estándar. En las cajas de conexiones existentes de la empresa sólo se instalaron fusibles de cadena y protectores contra sobretensiones. Estos proporcionaron protección contra sobrecorriente y sobretensiones, pero no pudieron detectar fallas de arco en serie que ocurren en cables dañados o conexiones sueltas.

Las consecuencias fueron tangibles. En los 12 meses previos al proyecto, el equipo respondió a 14 disparos de inversores que se remontaron a conectores dañados. Cada viaje requirió una visita al sitio, escaneos de imágenes térmicas e inspección manual de cada conexión en la cadena. Una sola sesión de resolución de problemas duró en promedio ocho horas. Además, se informaron dos incidentes en los que un arco derritió el aislamiento de un conector, provocando humo y riesgo de incendio. El costo estimado por tal evento, si no se detecta, podría exceder los $50,000 en daños a los activos y tiempo de inactividad.

¿Por qué la caja combinadora Soutya DC AFCI?

La empresa evaluó tres opciones. El primero fue agregar módulos AFCI en la entrada del inversor, pero eso solo monitorea la salida combinada de todas las cadenas y no puede identificar qué cadena tiene una falla. La segunda opción era reemplazar todos los conectores de cable por otros de mayor calidad, lo que no abordaría la degradación futura. La tercera opción fue la caja combinadora Soutya DC AFCI con una configuración 12 en 1.

La decisión se redujo a tres ventajas clave. En primer lugar, la caja combinadora de Soutya proporciona detección de fallas de arco por cadena. Cada una de las 12 entradas se monitorea de forma independiente, por lo que una falla se localiza inmediatamente. En segundo lugar, la unidad integra AFCI y protección contra sobrecorriente en un solo gabinete, lo que simplifica la instalación y reduce la cantidad de componentes a inspeccionar. En tercer lugar, cumple con UL 1699B y admite los requisitos de diseño de IEC 62548, lo que brinda confianza al EPC tanto para los mercados europeos como para los de exportación.

Proceso de implementación y solicitud

El proyecto se implementó en tres conjuntos de tejados comerciales, cada uno con entre 8 y 10 cadenas. El proyecto total tardó seis semanas desde la planificación hasta la puesta en marcha. Las cajas combinadoras existentes fueron retiradas y reemplazadas por la caja combinadora Soutya DC AFCI. Debido a que el diseño 12 en 1 coincidía con el enrutamiento de las cadenas existentes, el equipo reutilizó la mayoría de los cables de CC, lo que ahorró costos de material y tiempo de instalación.

Una dificultad típica fue la adaptación a espacios reducidos. La nueva caja combinadora ocupa más espacio que una simple unidad de solo fusibles, por lo que fue necesario ajustar los soportes de montaje en un techo. El equipo resolvió esto utilizando una placa posterior de acero inoxidable y un conducto flexible, completando la modernización sin cambiar el diseño estructural.

Después de la instalación, el equipo conectó la salida Modbus RTU al sistema SCADA existente. La caja combinadora transmitía el estado de corriente, voltaje y falla de arco por cadena al centro de monitoreo remoto. Las pruebas de puesta en marcha incluyeron una falla de arco simulada, que la unidad eliminó en menos de 0,5 segundos mientras identificaba la cadena exacta.

Resultados cuantificables

• Reducción del tiempo de resolución de problemas en un 90 %:El tiempo promedio de respuesta a fallas se redujo de 8 horas a 45 minutos porque el cuadro AFCI identifica inmediatamente la cadena defectuosa.
• Reducción de los costos de operación y mantenimiento en un 35 %:Los tres sitios ahora requieren menos llamadas de emergencia. Los ahorros anuales ascienden a $18,000 en toda la cartera.
• Disminución del tiempo de inactividad del inversor en un 60 %:Al evitar la formación de arcos sostenidos que provocarían disparos del inversor, los sitios experimentaron un 60% menos de desconexiones no planificadas.
• Se detectaron dos fallas de arco tempranamente:Durante los primeros 12 meses, la unidad detectó dos fallas de arco en serie en su etapa inicial, evitando posibles incendios y daños.

El impacto general fue más allá de las cifras. El equipo de operación y mantenimiento pasó de la reparación reactiva a la inspección proactiva. Los datos recopilados de la caja combinadora les permitieron programar reemplazos de cables durante los períodos de mantenimiento planificados en lugar de hacerlo en caso de emergencia.

Testimonio del cliente

"La caja combinadora DC AFCI de Soutya brindó a nuestro equipo la capacidad de identificar un conector defectuoso antes de que se convirtiera en un incendio. La alarma por cadena y el registro de datos han cambiado la forma en que administramos nuestra cartera fotovoltaica".

Lecciones y recomendaciones

1. Coloque la detección de fallas de arco al nivel de la cadena. La detección de nivel del inversor no puede localizar fallas y deja desprotegidos los largos cables de CC.
2. Combine monitoreo con protección. Un cuadro combinador que informa el estado y la corriente por cadena crea datos procesables para el mantenimiento predictivo.
3. Presupuesto para formación. Los síntomas de falla de arco difieren de los eventos de sobrecorriente y los técnicos deben comprender la tecnología para responder.

Si la empresa volviera a ejecutar este proyecto, instalarían cajas Soutya AFCI en todos los proyectos nuevos desde el principio, en lugar de modernizarlos. Estandarizar la configuración 12 en 1 simplificaría su inventario de repuestos y haría que los diagnósticos remotos fueran más consistentes en todos los sitios.

Referencias

1. UL 1699B:2018 Protección de circuitos fotovoltaicos (PV) contra fallas de arco de CC.Enlace
2. IEC 62548:2016 Conjuntos fotovoltaicos (PV). Requisitos de diseño.Enlace
3. IEC 60364-7-712:2017 Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 7-712: Sistemas de suministro de energía solar fotovoltaica.Enlace