Los sistemas solares de arco eléctrico y CC

Si corta un cable en un circuito eléctrico, la corriente dejará de fluir porque el aire en el espacio es un muy buen aislante eléctrico para que los electrones no puedan viajar a través de él.

Se forma un campo eléctrico entre los lados positivo y negativo del espacio (que se denominan electrodos), representado por las líneas de campo rojas en el siguiente diagrama.

Si aumenta el voltaje entre los dos electrodos o reduce la distancia entre ellos, el campo eléctrico a través del espacio aumenta en fuerza.

Si el campo eléctrico es lo suficientemente fuerte, arrancará electrones de los átomos de las moléculas de gas en el campo, haciendo que las moléculas de gas se dividan en iones positivos y electrones negativos. Tanto los electrones como los iones positivos son atraídos hacia el electrodo de carga opuesta, por lo que se aceleran en esa dirección. Una corriente ahora está fluyendo en el circuito nuevamente.

Pero a medida que los iones y los electrones se mueven en el campo, pueden chocar con las moléculas de gas. La energía de las colisiones se ve como un aumento de temperatura.

Más electrones moviéndose entre los electrodos significa que hay más colisiones con las moléculas de gas sin carga. Se produce una reacción en cadena (o efecto de avalancha) con más colisiones que conducen a más partículas cargadas y más partículas cargadas que a su vez conducen a más colisiones. Ahora tenemos un plasma de alta temperatura entre los electrodos y este es un conductor de corriente eléctrica mucho mejor que el aire debido a la mayor cantidad de partículas cargadas disponibles para moverse a través del espacio.

Las temperaturas ahora son tan altas en el espacio que se emite una luz blanca intensa y el material conductor puede evaporarse: se ha formado un arco eléctrico.

Aunque la pérdida de las superficies de los electrodos significa que el ancho del espacio aumenta, la mayor conductividad del plasma significa que la corriente continúa fluyendo. Se necesita un voltaje mucho más bajo para mantener un arco que el que se requiere para iniciarlo en primer lugar, un efecto bien conocido en la soldadura donde ‘encender un arco’ se refiere a golpear la pieza de trabajo con la varilla de soldadura y retirarla. El arco se forma cuando el espacio es estrecho pero se mantiene a medida que el brazo se aleja a la distancia de trabajo.

Los arcos pueden ser útiles en aplicaciones como la soldadura, pero los arcos no deseados son una fuente potencial de incendios debido a las altas temperaturas de los arcos eléctricos, capaces de prender fácilmente material combustible cercano. En las instalaciones eléctricas se presta gran atención a evitar la formación de arcos en primer lugar.

Sistemas solares de CC

Hay dos razones por las que la formación de arcos es una consideración particularmente relevante para los sistemas solares.

En primer lugar, los voltajes en los sistemas solares pueden ser muy altos en comparación con la corriente alterna (CA) suministrada desde la red y, como hemos visto, cuanto mayor sea el voltaje, más fuerte será el campo eléctrico a través de un espacio y más probable es que un se formará el arco.

En los países europeos, la electricidad de CA se suministra a 230-240 V para edificios domésticos y comerciales pequeños. La disposición eléctrica más común para los paneles solares en una instalación de energía solar fotovoltaica es conectar los paneles (que pueden ser de 35 V por módulo de 340 Wp) en una cadena en serie con el voltaje aumentando con cada panel agregado. Para una instalación de 12 paneles de 4kWp, el voltaje alcanza los 420V. En instalaciones comerciales y de servicios públicos más grandes, los voltajes de hasta 1000 V o 1500 V son comunes.

En segundo lugar, es más probable que un arco eléctrico de CA se autoextinga una vez formado porque el voltaje pasa por cero voltios 100-120 veces por segundo (suministro de 50 o 60 Hz) y cada vez que esto sucede, el arco debe restablecerse. Debido a que la intensidad de campo requerida para iniciar el arco es mucho mayor que la necesaria para mantenerlo en funcionamiento, cualquier aumento en la longitud del arco debido a la erosión del electrodo significará que el arco no se restablecerá. Por el contrario, el voltaje de CC en un sistema de cableado solar fotovoltaico es constante y la brecha deberá abrirse mucho más antes de que se extinga el arco (es por eso que la mayoría de las formas de soldadura por arco usan corriente CC).

Estos factores significan que se debe prestar mayor atención a los riesgos de arco en los sistemas solares fotovoltaicos. A pesar de esto, la seguridad de los sistemas solares fotovoltaicos es muy alta, y este será el tema de mi próximo blog.

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