Come utilizzare le misure di tensione per localizzare i guasti a terra negli array fotovoltaici solari

Di Will White, Fluke Senior Application Specialist, DER

Dopo aver confermato la presenza di un guasto a terra in una stringa fotovoltaica (FV), la sfida successiva consiste nel determinare dove si trova. Il guasto si trova all'interno di un modulo? Lungo un tratto di fili? In un connettore? La chiave per individuare il guasto in modo efficiente, senza smontare l'intero array, consiste nel ricorrere a misurazioni di tensione e ad alcuni semplici calcoli matematici.

In questo articolo imparerete a calcolare la posizione del guasto in una stringa FV utilizzando in maniera sistematica i test della tensione. Questo metodo è particolarmente utile nel caso dei sistemi su tetto in cui la rimozione di ciascun modulo non è pratica.

Prima di cominciare: quando utilizzare questo metodo

Questo approccio basato sulla tensione è ottimale se:

• È già stato identificato un guasto a terra su una stringa o in un combiner
• Il sistema o la sezione del sistema viene spento e bloccato
• La tensione della stringa FV rientra nella gamma di misura dello strumento di test
• Si conosce la Voc (tensione a circuito aperto) dei moduli

Se il sistema presenta guasti intermittenti o se il circuito può essere diseccitato in modo sicuro, vedere innanzitutto:

• Come testare le stringhe FV per eventuali guasti a terra intermittenti
• Come testare i circuiti FV diseccitati per verificare la presenza di guasti a terra

Guida dettagliata per individuare i guasti a terra negli array fotovoltaici solari utilizzando le misure di tensione

Passo 1. Raccogliere le informazioni necessarie

Prima di effettuare qualsiasi misurazione, assicurarsi di conoscere:

• Il numero di moduli nella stringa
• La Voc di ciascun modulo (dalla scheda dati o dall'etichetta)
• La tensione a circuito aperto attesa per la stringa (Voc x conteggio moduli)
• Procedure di sicurezza per LOTO e valori nominali del multimetro

Esempio:

• 16 moduli × 53,82 VDC = tensione attesa per la stringa 861,12 VDC

Passo 2. Misurare tra conduttori positivi e negativi

Con il sistema isolato e sicuro per i test:

1. Utilizzare un multimetro CAT III (per esempio Fluke 393 FC o Fluke 283 FC/PV) con una tensione nominale pari o superiore alla tensione massima del sistema.
2. Collegare le sonde ai conduttori positivo e negativo della stringa.
3. Registrare la tensione misurata.

In questo modo si conferma che attraverso la stringa è presente l'intera Voc.

Misura prevista: intera tensione della stringa (ad esempio 861,12 VDC per 16 moduli)
Lettura anomala: un valore inferiore o superiore al previsto può indicare più problemi

Passo 3. Isolare le estremità positive e negative della stringa

1. Aprire il portafusibili positivo.
2. Aprire il portafusibili negativo o scollegare il conduttore negativo dalla barra collettrice negativa.

Affinché il test della tensione sia accurato, entrambe le estremità della stringa devono essere isolate da qualsiasi collegamento in parallelo.

Passo 4. Misurare tra positivo e massa

1. Collegare il puntale positivo del multimetro al conduttore positivo della stringa.
2. Collegare il puntale negativo alla massa del sistema o alla barra collettrice di messa a terra.
3. Registrare la misura di tensione.

Atteso: 0 VDC
Anomalo: La presenza di tensione positivo a massa indica un percorso di guasto tra il conduttore positivo e la massa.

Passo 5. Misurare tra negativo e massa

1. Commutare i puntali del multimetro:
   • Puntale negativo al conduttore negativo
   • Puntale positivo a massa
2. Registrare la tensione.

Atteso: 0 VDC
Anomalo: una misura diversa da zero indica un guasto a terra sul lato negativo del circuito.

Passo 6. Dividere tensione a massa per Voc modulo

È qui che entrano in gioco "le cifre". Dividendo la tensione misurata a massa per la Voc di un singolo modulo, è possibile stimare il numero di moduli tra il punto di misurazione e il guasto.

Esempio 1: guasto a terra tra due moduli

Didascalia/Alt Tag: Voc stringa: 861,12 VDC (16 moduli)

Didascalia/Alt Tag: tensione positivo a massa: 645,84 VDC

Didascalia/Alt Tag: tensione negativo a massa: 215,28 VDC

Calcolo:

• 645,84 ÷ 53,82 = 12 moduli dall'estremità positiva al guasto
• 215,28 ÷ 53,82 = 4 moduli dall'estremità negativa al guasto

Didascalia/Alt Tag: il guasto si trova tra il modulo 4 e il modulo 5 dall'estremità negativa della stringa

Esempio 2: guasto a terra su un conduttore home run

Didascalia/Alt Tag: tra tensione positiva e negativa: 861,12 VDC

Didascalia/Alt Tag: tensione positivo a massa: 0 VDC

Didascalia/Alt Tag: tensione negativo a massa: 861,12 VDC

Calcolo:

• 0 ÷ 53,82 = 0 moduli
• 861,12 ÷ 53,82 = 16 moduli

Didascalia/Alt Tag: è probabile che il guasto non sia tra moduli, ma nel conduttore home run collegato al lato positivo.

Questi risultati suggeriscono che il problema risiede nel tratto di filo positivo tra il punto di test e il primo modulo nella stringa sul lato positivo. Il guasto potrebbe risiedere nell'inverter o nel combiner box, nel condotto o nell'array prima del primo modulo sul lato positivo della stringa.

Passo 7. Ispezionare visivamente l'area sospetta

A questo punto che l’area sospetta è stata ristretta, ispezionare quanto segue:

• Cablaggi in corrispondenza della posizione di guasto stimata
• Connettori tra i due moduli sospetti
• Telai dei moduli o capicorda di messa a terra in prossimità del punto sospetto
• Il condotto e i serracavi presso le terminazioni home run

Segni di bruciatura, isolamento danneggiato, connettori fusi o fili schiacciati sono chiari indicatori della posizione del guasto.

Passo 8. Confermare con il test della resistenza di isolamento (opzionale)

Per convalidare i risultati basati sulla tensione:

1. Scollegare il conduttore positivo o negativo.
2. Utilizzare un tester della resistenza d'isolamento (ad esempio, Fluke 1587 FC, 1537 o SMFT-1000).
3. Testare la resistenza del conduttore a massa tramite 500-1500 VDC.
4. Registrare la resistenza.

Una bassa resistenza conferma che il conduttore sospetto presenta un isolamento compromesso o è a contatto con metallo messo a terra.

Passo 9. Documentare e prepararsi per la riparazione

Prima di qualsiasi riparazione, documentare:

• Misure di tensione tra tutti i punti
• Il modulo o la sezione di filo sospetti
• Condizioni ambientali (ad esempio, bagnato, asciutto)
• Fotografie, se sono visibili danni

Questa documentazione è utile per le richieste di rimborso in garanzia, le relazioni assicurative e la ricerca guasti futura.

Pronti a effettuare le riparazioni? Andate a: Come riparare i guasti a terra negli impianti fotovoltaici

Suggerimenti per la ricerca guasti

• Arrotondare sempre le tensioni a due cifre decimali per una maggiore precisione
• Se le misure di tensione sembrano errate, ripetere il test utilizzando puntali differenti o un altro multimetro
• Prestare attenzione alla tensione fantasma: un segnale a lento decadimento che non è una tensione di guasto reale
• Verificare che i moduli siano puliti e asciutti durante la misurazione; l'umidità può alterare le misure

Conclusione

L'individuazione dei guasti a terra mediante misurazioni di tensione è un modo intelligente ed efficiente per individuare i problemi nelle stringhe FV, senza dover smontare grandi sezioni dell'array. Utilizzando le misurazioni della tensione a massa e confrontandole con la Voc del modulo, i tecnici possono isolare le posizioni dei guasti nel raggio di uno o due moduli.

Informazioni sull’autore

Will White ha iniziato a lavorare nel settore dell’energia solare nel 2005 per un piccolo integratore. Dopo gli inizi come installatore, ha lavorato nelle vendite, nella progettazione e nella gestione progetti, per assumere infine il ruolo di Director of Operations. Nel 2016 è entrato a far parte del corpo docenti incaricato del programma di studi presso Solar Energy International (SEI), dedicandosi allo sviluppo dei contenuti dei corsi e all'insegnamento nel campo dell’energia solare. Nel 2022 si è trasferito in Fluke assumendo il ruolo di Solar Application Specialist, posizione in cui offre supporto alle apparecchiature di test delle energie rinnovabili tra cui tracciacurve I-V, misuratori elettrici e termocamere.

Ha maturato esperienza nei campi dell'energia eolica, del solare termico, dell'accumulo di energia e degli impianti FV su ogni scala. Crede fortemente nell’implementazione di tecniche di installazione di alta qualità e conformi ai codici. Will è un professionista certificato NABCEP per l'installazione di impianti fotovoltaici dal 2006 e in precedenza è stato un installatore certificato NABCEP per il solare termico. Ha conseguito la laurea di primo livello in business management presso il Columbia College a Chicago e un MBA alla University of Nebraska-Lincoln. Trascorre il tempo libero dedicandosi, insieme a moglie e figlia, ai lavoretti sulla loro dimora nel Vermont centrale, una casa di paglia fuori rete.

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