Acoplamiento cruzado de conectores solares de CC y seguridad contra incendios

Casi puede saborear esos deliciosos perros calientes tostados cuando desempaqueta su nueva compra, pero nota una etiqueta de advertencia adherida a su cable de alimentación: «No cruce este enchufe con enchufes de la marca de otro fabricante». Cuando revisa el enchufe de su tostador emergente para perros calientes y la toma de corriente de su cocina, no puede ver marcas de identificación que le indiquen qué compañía fabricó cualquiera de ellos. Decepcionado, tomas una cacerola para poner un poco de agua a hervir…

Esta es la situación ridícula en la que se encuentra hoy la industria solar.

Lo que es más, muchos instaladores de energía solar se dedican a sus negocios felizmente sin darse cuenta de las regulaciones que significan que no está permitido conectar conectores de CC de diferentes fabricantes entre sí.

Acerca de los conectores solares

Pares de conectores solares de CC de una selección de fabricantes
(A) Ningbo Yuling (B) Shenzen Leader Technology (C) Staubli International (D) Tonglin

Los paneles solares vienen con un enchufe y un enchufe conectados a cables voladores que permiten conectar un panel al siguiente para crear el circuito eléctrico. Este conector se conoce comúnmente como MC4, pero en muchos casos no puede llamarse estrictamente así (de lo cual hablaremos más adelante).

Los enchufes y tomas estilo MC4 están encerrados en carcasas de plástico. Una de las carcasas tiene dos dedos de plástico que saltan hacia afuera para unir los dos mientras se empujan con la mano. Siempre que los dos conectores estén completamente juntos, no se pueden desconectar accidentalmente si se tira de los cables.
El «4» en el nombre corresponde a la clavija de contacto de 4 mm de diámetro en el enchufe y el «MC» significa Multi Contact, una empresa de fabricación estadounidense que inventó este diseño de conector, ahora propiedad de Staubli International AG, un fabricante multinacional de productos eléctricos. conectores, conectores de fluidos y robótica.

Por lo tanto, solo los conectores fabricados por Staubli pueden llamarse realmente MC4. Sin embargo, desde su invención, Staubli ha observado cómo los fabricantes de bajo costo sacan copias del MC4, o al menos copias que coinciden lo suficiente como para que un enchufe de un fabricante y un enchufe de otro puedan juntarse físicamente. Estos conectores a menudo se denominan (sobre todo por las empresas que los fabrican) «compatibles con MC4», lo que, por supuesto, hace que parezca que debería estar bien usarlos indistintamente.

Y hay docenas de estos otros fabricantes que fabrican estos conectores compatibles con MC-4. La mayoría de los fabricantes de paneles solares fotovoltaicos tendrán una serie de diferentes proveedores enumerados en su archivo técnico de construcción para que puedan elegir entre ellos según el precio y la disponibilidad. Algunos de los fabricantes de módulos fotovoltaicos más grandes incluso tienen sus propios conectores de CC internos de marca solo para sus propios paneles.

MC-4 «Compatibles»

Prohibido en algunas jurisdicciones legales, pero ¿cómo podría detectarlo?

Pero, ¿quién decide si estos conectores son realmente «compatibles» entre sí?

El diseño y las dimensiones de los enchufes y tomas domésticos están claramente definidos en las normas técnicas (por ejemplo, las normas CEE-7 para enchufes utilizados en Europa y BS1363, publicada por primera vez en 1947, en el Reino Unido). Cualquier enchufe o enchufe puede probarse contra el estándar y un laboratorio de prueba independiente puede declarar que lo cumple. Todos los enchufes y tomas que cumplen con el estándar son interoperables de forma segura.
Por el contrario, no existe tal estándar para los conectores solares de CC. Los fabricantes de conectores pueden ir a un laboratorio de pruebas como TUV y obtener la certificación para su producto, pero en su mayor parte, la única prueba que se realiza es que su propio enchufe y enchufe funcionan juntos. Con tantos fabricantes diferentes, no es práctico tener que probar cada enchufe con todos los enchufes de otros fabricantes.

Incluso cuando un fabricante prueba sus conectores con los de otro fabricante, lo que quiere decir que el diseño seguirá siendo compatible, ya que el otro fabricante podría realizar cambios en su diseño mientras tanto y no tiene la obligación de decírselo al primer fabricante.

Staubli ha publicado una investigación interna sobre conectores cruzados (consulte la página 22 de este informe) y (si bien reconoce que los investigadores tienen conflictos comerciales), los resultados informados demuestran que no es seguro mezclar conectores de diferentes fabricantes. Después de someter las conexiones cruzadas a 2000 ciclos de temperatura y 1000 horas de calor húmedo, la resistencia del conector aumentó, lo que provocó el sobrecalentamiento de los conectores, lo que a su vez puede provocar una falla mecánica y un arco eléctrico de CC que provoque un incendio.

Las preocupaciones sobre la seguridad contra incendios y la interoperabilidad de los conectores de CC de diferentes fabricantes han llevado a muchos organismos nacionales de estándares de instalación solar a prohibir o desaconsejar la combinación de enchufes y enchufes de diferentes fabricantes.

5.9 Cuando los enchufes y enchufes se emparejen en cualquier parte del circuito del conjunto de elementos fotovoltaicos, deberán ser del mismo modelo y del mismo fabricante.

En el Reino Unido, MIS3002, el estándar de instalación de MCS para energía solar fotovoltaica, adopta el Código de práctica de IET en su totalidad. Lo que esto significa, y parece que muchas personas en la industria solar no lo saben, es que para las instalaciones que cumplen con MCS en el Reino Unido, las conexiones cruzadas están prohibidas.

En los Países Bajos, donde ha habido un alto nivel de preocupación por los incendios que se inician en las instalaciones solares, existe un requisito similar. NEN1010 es la norma aplicable para instalaciones eléctricas de baja tensión. Para el cableado solar de CC, dice lo siguiente:

712.526.1

La combinación de enchufes y tomas de diferentes fabricantes solo está permitida si ambos fabricantes avalan la compatibilidad del enchufe-toma.

NOTA 1 Se recomienda que cada combinación de enchufe y receptáculo sea del mismo fabricante.

Entonces, si bien no llega a la posición en blanco y negro adoptada en la guía IET, el requisito de que ambos fabricantes respalden la intercompatibilidad de sus productos efectivamente hace lo mismo si tal compromiso no está disponible (que comúnmente no lo está).

Teoría y práctica

Los estándares pueden ser buenos en teoría, pero las dificultades prácticas surgen tan pronto como llegas al sitio y tratas de hacer una instalación solar que cumpla con sus requisitos. Como se mencionó anteriormente, los fabricantes de paneles solares pueden hacer un lote con los conectores de un fabricante y luego cambiar para el siguiente lote a otro fabricante que haya ofrecido un mejor precio. Si los paneles que compra un instalador cruzan el lote, incluirá paneles con conectores mixtos.

Para hacer las cosas más difíciles para el instalador, todos los conectores se ven muy similares y tienen pocas características y marcas distintivas.

Además de unir cada panel solar con su vecino en la fila, el instalador debe realizar conexiones eléctricas en distancias más largas que los cables que vienen con el panel solar. Como mínimo, esto incluiría cables que conectan el primer y el último panel al inversor eléctrico, pero también podría incluir cables para unir matrices separadas. El instalador suele hacer que estos cables tengan la longitud correcta en el sitio, con el cable y el conector engarzados juntos con herramientas manuales (los riesgos de incendio adicionales que plantean los conectores de CC engarzados a mano son el tema de un próximo blog).

Es más probable que los conectores en cualquier extremo de la cadena de paneles solares se crucen, ya que el cable largo de regreso al inversor se hace a mano en el sitio.

Para cumplir con las normas al preparar estos cables de extensión, el instalador debe:

(a) identifique la marca de los conectores en los paneles y compre los mismos conectores localmente, pero no son fáciles de identificar y, a menudo, no están disponibles para comprar localmente, o

(b) corte el conector del cable del panel y reemplácelo con uno comprado localmente que coincida con el conector que se usará en el cable de extensión. En este caso, estamos reemplazando un engarce hecho en fábrica con una junta engarzada a mano y posiblemente invalidando la garantía del fabricante del panel al modificar el producto.

Para ayudar a los instaladores a cumplir con estos desafiantes requisitos, algunos fabricantes de paneles no mezclarán fabricantes de conectores y garantizarán que sus paneles solo vengan con conectores genuinos Staubli MC4 que los instaladores pueden obtener localmente.

Estos fabricantes siguen siendo una minoría y la mayoría de los fabricantes de paneles solares están produciendo módulos con una variedad de conectores diferentes, muchos de los cuales no se pueden obtener localmente. Para estos, los instaladores solares se encuentran entre la espada y la pared si quieren seguir las regulaciones.

Conclusión

Este es un problema internacional y los organismos de estándares internacionales tienen la clave para resolverlo. Aparentemente, el Comité Técnico 82 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha estado discutiendo si crear una especificación para conectores solares durante muchos años, pero no hay señales de progreso en esta área.

Los instaladores de energía solar y sus clientes se ven atrapados entre los reguladores que crean estándares de instalación que son casi imposibles de cumplir en la práctica y un comité de IEC repleto de expertos de la industria provenientes de empresas que parecen tener un incentivo comercial para evitar la estandarización que resolvería el problema.

El conector de tipo 2 para la carga de vehículos eléctricos (EV) fue desarrollado originalmente por una empresa comercial, Mennekes, como un estándar patentado. Ha sido adoptado como el estándar para cargadores EV y la especificación ahora se describe en IEC 62196, lo que permite a los fabricantes fabricar productos interoperables para la seguridad y comodidad de los clientes. Esto demuestra que es posible dejar de lado el interés propio limitado por el bien de toda la industria y avanzar más rápidamente en la transición hacia la energía limpia.

Es vergonzoso que los representantes de la industria solar en IEC no hayan logrado hacer lo mismo.

Incluso si el comité de IEC decidiera actuar hoy, dado el tiempo que lleva desarrollar los estándares, nos faltarían muchos años para ver conectores compatibles en el mercado.

Mientras tanto, muchos instaladores de energía solar, sin saberlo, están realizando instalaciones que no cumplen con las normas y podrían ser responsables si ocurriera lo peor. Un buen paso inicial que podría tomarse rápidamente sería que los fabricantes de paneles solares declararan unilateralmente en la placa de características de su panel solar qué marca y modelo de conector está equipado y, si el tipo no está ampliamente disponible en el mercado secundario, suministrar conectores a juego junto al módulo. Esto permitiría a los instaladores cumplir con las normas.

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