Hoewel een groot deel van het publiek misschien denkt dat straling van de zon op magische wijze wordt omgezet in elektriciteit die alle soorten apparatuur en apparaten aandrijft, weten zonnetechnici dat er veel meer aan de hand is.

In PV is de stroom "wild" en niet beperkt door elektronica, wat gevolgen heeft voor verborgen aardfouten, draadafmetingen en de aanzet is voor een snelle uitschakeling. De beheersmaatregelen en best practices om risico's te mitigeren zullen verschillen bij het werken met PV ten opzichte van elke andere vorm van energieopwekkingsbron.

Hier zijn drie van de meest voorkomende elektrische gevaren bij PV-systemen, samen met specifieke beheersmaatregelen die u kunt nemen om het risico te verminderen.

Gevaar 1. Schok of elektrocutie door stroomvoerende geleiders

Net als bij andere elektriciteitsopwekking, bestaat bij PV-systemen het risico van schokken en elektrocutie wanneer stroom een ​​onbedoeld pad door een menselijk lichaam volgt. Stroom zo laag als 75 milliampère (mA) door het hart is dodelijk. Het menselijk lichaam heeft een weerstand van ongeveer 600 ohm. Volgens de wet van Ohm is spanning (V) gelijk aan stroom (I) maal weerstand (R), dus V = IR.

Om de hoeveelheid stroom te berekenen die door het lichaam van een persoon zou lopen bij blootstelling aan 120 V, deelt u eenvoudig 120 V door 600 ohm (I = V/R), wat neerkomt op 0,2 ampère of 200 mA. Dat is meer dan 2,5 keer de dodelijke limiet van 75 mA, dus het is van cruciaal belang om uzelf en uw werknemers tegen een dergelijke gebeurtenis te beschermen.

Elektrische schokken worden meestal veroorzaakt door kortsluiting als gevolg van gecorrodeerde kabels en verbindingen, losse bedrading en onjuiste aarding. Belangrijke plaatsen om naar deze omstandigheden in een PV-systeem te zoeken, zijn de combinerbox, de PV-bron- en uitgangscircuitgeleiders en de aardingsgeleider van de apparatuur . De aardgeleider verbindt alle metalen componenten met elkaar - en uiteindelijk met aarde - via de aardelektrodegeleider en aardelektrode.

Beheersmaatregelen: Snelle uitschakelsystemen

Energie geproduceerd door PV-stringsystemen varieert direct met de zon. Om het risico op schokken voor technici en eerstehulpverleners te verminderen, hebben we een manier nodig om die snaren af ​​te sluiten tijdens een kortsluiting of stroomuitval. Een belangrijke vereiste is de "snelle uitschakeling" van PV-systemen, zowel binnen als buiten de PV-arraygrens. Volgens sectie 690.2 van die code is de PV-arraygrens een mechanisch geïntegreerde assemblage van modules of panelen met een draagstructuur en fundering, tracker en andere componenten, die een gelijkstroom- of wisselstroomproducerende eenheid vormen. Dit omvat gecontroleerde geleiders die zich binnen de grens of tot één meter van het punt bevinden waar ze het oppervlak van het gebouw binnendringen.

• Modules en blootgestelde geleidende delen binnen de PV-arraygrens worden binnen 30 seconden teruggebracht tot 80 V.
• Geleiders die zich buiten de arraygrens bevinden, moeten binnen 30 seconden worden beperkt tot 30 V.

Apparaten voor snelle uitschakeling moeten zich ofwel bij de service-uitschakeling bevinden of er moet een speciale schakelaar voor snelle uitschakeling zijn. Er is een uitzondering voor systemen die worden bestuurd door vermogenselektronica op moduleniveau, zoals micro-omvormers en power optimizers, die de spanning verlagen. Arrays zonder blootliggende geleidende onderdelen en op meer dan 2,5 meter afstand van blootliggende, geaarde geleidende onderdelen, hoeven niet te voldoen.

Bovendien vereisen veel rechtsgebieden in de VS dat PV-arrays op het dak tegenslagen hebben waardoor brandweerlieden toegang hebben tot het systeem. Een veel geziende vereiste is bijvoorbeeld dat PV-modules minstens een meter verwijderd zijn van de nok van het dak.

Hazard 2. Boogfouten die brand veroorzaken

Zoals bij elk elektrisch systeem, is brand altijd een potentieel gevaar. Misschien is een van de meest voorkomende oorzaken elektrische boogfouten, dit zijn ontladingen van elektriciteit met hoog vermogen tussen twee of meer geleiders. De warmte die door deze ontlading wordt veroorzaakt, kan ervoor zorgen dat de draadisolatie verslechtert en zo een vonk of "boog" veroorzaakt die brand veroorzaakt.

PV-systemen zijn onderhevig aan zowel serieboogfouten veroorzaakt door een onderbreking in de continuïteit van een geleider, als parallelle boogfouten veroorzaakt door onbedoelde stroom tussen twee geleiders, vaak als gevolg van een aardlek.

Beheersmaatregelen: Arc-fout stroomonderbrekers

Een boogfout kan leiden tot kortsluiting of gemalen-fout, maar het kan niet sterk genoeg om een stroomonderbreker of triggeren aardlekschakelaar (GFCI). Om te beschermen tegen boogstoringen, moet u een uitgang voor een boogfoutcircuitonderbreker (AFCI) of een AFCI-stroomonderbreker installeren. AFCI's detecteren gevaarlijke vlamboogstromen van laag niveau en sluiten het circuit of stopcontact af om de kans te verkleinen dat een dergelijke boogfout een elektrische brand veroorzaakt.

De NEC-sectie 690.11 schrijft voor dat PV-systemen die werken op 80 V DC of meer tussen twee geleiders, worden beschermd door een vermelde PV AFCI of een gelijkwaardige systeemcomponent. Het beveiligingssysteem moet boogfouten kunnen detecteren die het gevolg zijn van een storing in de beoogde continuïteit van een geleider, verbindingsmodule of ander onderdeel in de DC-circuits van het PV-systeem.

Gevaar 3. Vlamboog leidt tot explosies

Grootschalige PV-arrays met gemiddelde en hoge spanningsniveaus zijn vatbaar voor vlambogen. Dit is met name het geval wanneer een technicus fouten controleert in onder spanning staande combinerboxen waar PV-broncircuits parallel worden gecombineerd om de stroom te verhogen, en bij het controleren van midden- tot hoogspanningsschakelaars en transformatoren. Bij een boogflits komen hete gassen en geconcentreerde stralingsenergie vrij tot vier keer de temperatuur van het oppervlak van de zon, tot wel 35.000 ° F (~ 19.500 ° C). Het treedt op wanneer een grote hoeveelheid energie beschikbaar is voor een boogfout, zowel in DC- als AC-geleiders.

Arc flash is een probleem voor systemen van meer dan 400 V, dus zowel residentiële omvormers met een maximale ingangsspanning van 500 V als grootschalige omvormers met een maximum van 1500 V lopen gevaar. Vóór de komst van grootschalige zonne-energiesystemen werd boogflits alleen als een AC-probleem beschouwd, aangezien DC-spanning beperkt was tot off-grid-toepassingen waarbij batterijen van minder dan 100 V werden gebruikt.

Beheersmaatregelen: AC- en DC-zijdige mitigatie

De vlamboogvermindering in PV-systemen wordt gedeeld door DC (vóór de omvormer) en AC (na de omvormer). DC-zijdige mitigatie voor grote zonnepanelen (100 kW +), is vooral belangrijk bij de combinerbox waar meerdere strings zonnepanelen parallel worden gecombineerd om de stroom te verhogen. Om de kans op vlambogen te verkleinen, kunnen grootschalige systemen gebruikmaken van meerdere stringomvormers die zelf meerdere strings parallel kunnen aansluiten, in plaats van een of twee grote centrale omvormers te gebruiken waarvoor combinerboxen nodig zijn. De mitigatie aan de AC-zijde omvat boogbestendige schakelapparatuur, die de energie van de boogflits door de bovenkant van de behuizing leidt, weg van personeel en apparatuur.

Kies de juiste uitrusting

Om uw werknemers en PV-systeem te beschermen tegen elektrische gevaren, moet u zich houden aan veilige werkmethoden en ervoor zorgen dat uw apparatuur bestand is tegen deze potentiële gevaren. Dat betekent dat multimeters, meetsnoeren en zekeringen allemaal geschikt moeten zijn voor de toepassing waaraan u werkt. Hier zijn enkele basisrichtlijnen:

• CAT-geschikte apparatuur: Kies een meter die geschikt is voor de juiste meetcategorie (CAT-classificatie) en het spanningsniveau van uw toepassing. Uw multimeter moet bestand zijn tegen gemiddelde spanningsniveaus en hoge spanningspieken en transiënten die een schok kunnen afgeven of een boogflits kunnen produceren.
• Overwegingen op grote hoogte : CAT III- en IV-apparatuur moet worden gebruikt voor PV-systemen op grote hoogte, omdat lucht minder isolerend en minder dicht wordt naarmate u omhoog gaat, waardoor het koelvermogen afneemt. Dit betekent dat de doorslagspanning - de minimale spanning waardoor een isolator elektrisch geleidend wordt - afneemt met de hoogte. Voor een opening van 1 centimeter tussen geleiders zou de doorslagspanning bijvoorbeeld 30 kV zijn op zeeniveau.
• Hoogwaardige meetsnoeren: Selecteer meetsnoeren met een CAT-classificatie die overeenkomen met of hoger zijn dan de CAT-classificatie van de digitale multimeter.
• Vervanging van zekeringen met hoge energie : vervang zekeringen met hoge energie altijd door onderdelen van dezelfde kwaliteit en dezelfde stroomsterkte. Deze zekeringen zijn ontworpen om de energie die wordt gegenereerd door een elektrische kortsluiting in de zekeringkast vast te houden. Ze zijn levensreddend en mogen nooit worden vervangen door goedkopere generieke zekeringen.
• Sondes en sondeaccessoires: gebruik intrekbare sondes, sondetipafdekkingen of sondes met kortere tips om te voorkomen dat u per ongeluk metaal op metaal aanraakt en kortsluiting veroorzaakt
• Persoonlijke beschermingsmiddelen: Draag geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen, inclusief kleding met vlamboogbescherming, handschoenen, veiligheidsbril of veiligheidsbril, gehoorbescherming en leren schoeisel zoals vereist voor de spanning waaraan u werkt. De 2018 NFPA Standard 70E Table 130.7(C)(15)(c) identificeert een volledige lijst van PBM-categorieën en de geschikte kleding met boogclassificatie voor elke classificatie.

Dit zijn slechts de hoogtepunten van hoe u veiliger kunt werken bij het onderhoud van PV-systemen. Zorg ervoor dat u alle relevante veiligheidsnormen en -voorschriften, de instructies van de fabrikant en de veiligheidsprocedures van uw bedrijf volgt bij het testen of onderhouden van elektrische apparatuur.