Vlamboogdetectie voor vlamboog zonnepanelen

Om de noodzaak van vlamboogdetectie te benadrukken leggen we hier eerst uit wat vlambogen in zonnepanelen zijn en hoe ze ontstaan. En natuurlijk leest u wat de mogelijkheden zijn om dit te voorkomen. Vlambogen worden alleen herkend als er een Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI) in de installatie aanwezig is. Als deze vlamboogdetectie niet aanwezig is, zal de vlamboog blijvend zijn, met alle nare gevolgen van dien.

Neem direct contact op »

De voordelen van de AADU vlamboogdetectie op een rijtje

Maximale veiligheid

Plug & play

Achteraf te plaatsen

Werkt in elke situatie

Vlamboog in zonnepanelen

In een zonnepaneel kunnen vlambogen ontstaan. Zoals de naam al doet vermoeden is een vlamboog iets wat u niet wilt hebben in een zonnepaneel. Maar waar warmte, geleiding en elektriciteit samenkomen is de kans op te hoog oplopende temperaturen onvermijdelijk. Vlambogen in zonnepanelen zijn niet ongevaarlijk. Op de bekabeling van grote aantallen zonnepanelen (zoals in zonneparken) kunnen DC-spanningen tot wel 1500 Volt staan en lopen er ook hoge stromen (oplopend tot 20A per kabel) door de bekabeling. Conform de Wet van ohm neemt de vrijkomende hitte kwadratisch toe met de stroom en kan de temperatuur bij een incident hoog oplopen. Een grootte van 10.000 °C is niet ongewoon, deze vlamboog in de zonnepanelen zal zich gaan gedragen als een open vlam.

Neem direct contact op »

AADU werkt in grote installaties
De AADU kan op elke plek in het systeem worden geplaatst. We adviseren om dit zo dicht mogelijk bij de panelen te doen. Hierdoor heeft het systeem zo min mogelijk last van de parasitaire capaciteiten en inducties. De AADU is geen omvormer, maar een klein kastje dat overal in het systeem geplaatst kan worden.
AADU heeft geen vals positieven
Omdat de achtergrond- en vlamboogruis gemeten worden, kan er berekend worden op welke spectrum gebieden de vlamboog gedetecteerd moet worden en dat wordt per locatie vastgelegd. Pas als alle van tevoren gedefinieerde spectrum gebieden positief is, zal er een melding gemaakt worden van een vlamboog. Hiermee worden vals positieven voorkomen en reageert het systeem alleen op vlambogen. De kans op een vals positief is kleiner dan 0.1%.

AADU wordt per locatie ingesteld en gekalibreerd
De AADU is een systeem dat daadwerkelijk een sample maakt van de (achtergrond) ruis van elke individuele PV-installatie. Vervolgens wordt er een of meerdere vlambogen getrokken op de locatie. Deze 2 samples worden met elkaar vergeleken (voor elk systeem wordt een spectrum plaatje bepaald).
AADU werkt aantoonbaar transparant
Doordat de AADU per locatie gekalibreerd moet worden door het trekken van vlambogen is voor elke locatie en situatie bewezen dat het werkt. Daarnaast zal de AADU, bij een vlamboogmelding, het ruispatroon vastleggen zodat er ook daadwerkelijk bewezen kan worden dat het systeem uitgeschakeld is op een vlamboog. Hierdoor is de AADU de enige AFCI-oplossing die transparantie is over de werking van de detector in elke unieke locatie.

Wat is een vlamboog?

Een vlamboog is een elektrische vlam die ontstaat door een potentiaal verschil en opwarmende lucht waardoor er plasma ontstaat die elektrische geleiding mogelijk maakt. In een vlamboog kunnen de temperaturen heel hoog oplopen en is daarmee een ontstekingsbron voor het starten van een brand.

Wisselstroom

Wanneer een vlamboog aan de AC-zijde ontstaat (wisselstroom), gaat het meestal om een grote vonk die gemakkelijk te doven is. Omdat het wisselstroom is, wordt de vlamboog elke minuut 100x gedoofd. Wissel stroom gaat door “nul”. Hierdoor is er wel schade maar leidt die niet meteen tot grote gevolgen.

Gelijkstroom

Vlambogen aan DC-zijde (gelijkstroom) zijn wel gevaarlijk omdat deze niet 100x per minuut gedoofd worden maar blijven staan en zich gaan gedragen als een open vlam. Er zijn 3 soorten vlambogen te onderscheiden:

1. De vlamboog richting aarde
Deze vlamboog kan voorkomen door een loshangende kabel. In deze situatie zal de aardlekschakelaar aan de AC-zijde deze opmerken als een aardfout. De aardlekschakelaar zal schakelen en de omvormer uitzetten. Op dat moment zal de vlamboog doven.

2. De parallelle vlamboog
Een parallelle vlamboog is een hele gevaarlijke vlamboog en lastig te doven. Dat kan eigenlijk alleen met een string DC- schakelaar in het systeem. Dit komt voor als de negatieve en positieve kabel in 1 goot liggen en beide beschadigd zijn. Als het systeem volgens de instructie geïnstalleerd is, liggen de positieve (rode) kabels apart van de negatieve (zwarte) kabels. Daardoor is er geen kans op een parallelle vlamboog.

3. De seriële vlamboog
Dit is een vlamboog die kan ontstaan tussen de connectoren of andere verbindingen in de string van de Zonnepanelen. Dit is een aannemelijke vlamboog omdat een zonnepaneel systeem bestaat uit veel connectoren waar een probleem kan ontstaan. Problemen kunnen ontstaan als bijvoorbeeld de connectoren niet goed aangeknepen zijn, door inwatering of, corrosie, als er getrokken wordt aan een kabel of, als een connector in het water ligt.

Gelukkig zijn ze niet alle 3 even gevaarlijk of kunnen ze gemakkelijk voorkomen worden.

Ontstaan van een vlamboog in zonnepanelen

Vaak worden vlambogen veroorzaakt door losse contacten, kapotte kabels, verouderde en beschadigde isolatiematerialen of door corrosie als gevolg van vocht. Hoe meer elektrische verbindingen, hoe meer kans op vlambogen.

Vlamboogdetectie

Vlambogen worden alleen herkend als er een Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI) in de installatie aanwezig is. Als deze vlamboogdetectie niet aanwezig is, zal de vlamboog blijvend zijn, met alle nare gevolgen van dien.

Gevolgen van vlamboog

Hoge temperaturen in elektrische installaties hebben tot gevolg dat het isolatiemateriaal verkoolt en zijn isolerende eigenschap hierdoor verliest. Of nog erger het isolatiemateriaal vat vlam en kunnen andere, nabije materialen makkelijk ontsteken.

Hoe werkt vlamboogdetectie?

Een vlamboogdetector monitort en analyseert patronen in de stromen per string in het elektrische circuit. Constant op zoek naar afwijkingen van het normale patroon. Bij afwijkingen wordt bijvoorbeeld een bericht gestuurd naar de eigenaar van het systeem of wordt de omvormer automatisch uitgeschakeld.

Duurzame installatie

Het elektrische signaal van een vlamboog is tijdsafhankelijk, niet-lineair en zichtbaar over een groot deel van het frequentiespectrum. Het verschil in ruis is een indicatie voor wel of geen vlamboog. Dit betekent dat een vlamboog gedetecteerd wordt door middel van veranderingen in de elektrische parameters en het ruisspectrum.

De vermogensdichtheid van de vlamboog neemt af bij zowel toenemende stroom als toenemende kabellengte. Dit kan worden toegeschreven aan de parasitaire capaciteiten en inducties die horen bij de panelen en kabels in een installatie. Bij grote systemen wordt het dus lastiger om het vlamboogsignaal in het frequentiedomein te onderscheiden van de achtergrondruis. Alleen een hoog kwaliteit vlamboogdetectiesysteem in een duurzame installatie is in staat om ook bij lastige signaal-ruis verhoudingen zoals bij grote kabellengtes en hoge stromen, de vlambogen te onderscheiden.

Vals positieven in een duurzame installatie

Afwijkende patronen herkennen is veel ingewikkelder dan het klinkt. Het is voor een detector heel moeilijk om onderscheid te maken tussen een normaal golfpatroon en een golfpatroon bij een potentiële vlamboog. Vals positieven krijgen daardoor een grotere kans. Het systeem schiet in actie terwijl er eigenlijk niets aan de hand is.

Een standaard geprogrammeerd systeem is ingesteld naar waarden die algemeen aangenomen worden en getest zijn in het R&D-laboratorium van de fabrikant, de zogeheten treshold settings. Het wordt dus niet aangepast naar de condities van de locatie. Dit veroorzaakt de volgende problemen, ook in duurzame installaties:

1- Aanpasbaarheid op achtergrondruis
De achtergrondruis is locatie- en systeem-specifiek. Elk pand heeft zijn eigen eigenaardigheden. Denk aan verstorende factoren van machines, frequentieregelaars maar zelfs de nabijheid van een GSM- mast heeft invloed. Bij standaard vlamboogdetectors gebruikt men treshold parameters die af-fabriek zijn ingesteld of die op grond van ’ervaring’ bekend zijn. Dit kan leiden tot situaties waarbij de elektronica of het algoritme ten onrechte achtergrondruis aanmerkt als een vlamboog.

2- Aanpasbaarheid op toepassing
Geen PV-systeem is hetzelfde. De configuratie hangt af van het dak, het aantal zonnepanelen, het type zonnepaneel, de zonnepaneel oriëntatie, het aantal strings, het legplan, de kabelafstand tussen
zonnepanelen-(sub)velden, de kabelafstand tot de omvormers, het type omvormer en zo meer.
Eigenlijk vraagt elke situatie om een specifieke installatie.

3- steeds grotere installaties
De installaties worden steeds groter en daarbij nemen de kabellengtes ook toe. Een voorbeeld: bij een omvormer van 100kW zijn kabellengtes van meer dan 200m niet ongebruikelijk, en kan de stroom op een enkele MPPT hoger zijn dan 26A. Zowel de grote kabellengte als de hoge stroom veroorzaken een afgenomen vlamboogsignaal-achtergrondruisverhouding, dit stelt zwaardere eisen aan de gevoeligheid van de detector.

Vlamboogdetectie en vals positieven

De kans op vals positieven is dus aanwezig bij vlamboogdetectie. Bij teveelte veel meldingen van vals positieven kunnen de financiële gevolgen flink zijn. Servicemonteurs worden voor niets opgetrommeld of een systeem wordt onnodig platgelegd. Een reactie hierop is vaak dat de vlamboogdetectie wordt uitgezet. Dat is natuurlijk niet de bedoeling.

Verplichting vlamboogdetectie

In sommige gevallen eist de verzekeraar het toepassen van vlamboogdetectie, zelfs inclusief de kans op vals positieven. Helaas wordt de werking van de vlamboogdetectie in de praktijk nog altijd niet goed getest en zeker niet gehandhaafd middels controle. Het daadwerkelijk testen en controleren zou onderdeel moeten zijn van de SCOPE 12-keuring.

De oplossing tegen vals positieven

De nieuwste generatie vlamboogdetectie heet: AADU (Advanced Arc Detector Unit). En heeft wel een antwoord op de genoemde problematiek.

1. De AADU kan wel toegepast worden in grote installaties
2. Houdt wel rekening met de specifieke locatie
3. Werkt niet met een treshold setting, maar wordt locatie specifiek bepaald
4. Heeft een kans kleiner dan 0.1% kans op vals positieven
5. Is volledig transparant over de werking van het systeem

AADU is uw zekerheid in de duurzame installatie techniek. Neem contact op met Dijkman Elektrotechniek als u meer wilt weten over dit systeem. Over de werking, de installatie, levertijd of aanverwanten van AADU.

FAQ

Hoe moet de AADU gekalibreerd worden?

De AADU is een systeem dat daadwerkelijk een sample maakt van de (achtergrond) ruis van elke individuele PV-installatie. Vervolgens moet er een of meerdere vlambogen getrokken worden op de locatie. Deze 2 samples worden met elkaar vergeleken (voor elk systeem wordt een spectrum plaatje bepaald). Omdat de achtergrond- en vlamboogruis gemeten worden, kan er berekend worden op welke spectrum gebieden de vlamboog gedetecteerd moet worden en dat wordt per locatie vastgelegd. Pas als alle van tevoren gedefinieerde spectrum gebieden positief is, zal er een melding gemaakt worden van een vlamboog.

Hoeveel AADU’s heb ik nodig voor mijn project?

Wij hanteren 1 AADU per MPPT. Hierbij maakt het dus niet uit hoeveel strings er per MPPT zijn.