Qual è la modalità di funzionamento del trasformatore elevatore nella generazione di energia fotovoltaica?

1 Panoramica del processo di generazione di energia fotovoltaica

Nel mio lavoro quotidiano come tecnico di manutenzione operativa, il processo di generazione di energia fotovoltaica che incontro prevede la connessione di singoli pannelli solari in moduli fotovoltaici, che vengono poi parallelati attraverso scatole combinate per formare un array fotovoltaico. L'energia solare viene convertita in corrente continua (CC) dall'array fotovoltaico, quindi trasformata in corrente alternata trifase (CA) tramite un inverter trifase (CC-CA). Successivamente, un trasformatore elevatore aumenta la tensione per adattarla ai requisiti della rete elettrica pubblica, consentendo l'integrazione e la distribuzione dell'energia elettrica all'equipaggiamento connesso alla rete.

2 Classificazione dei guasti comuni nell'operazione di generazione di energia fotovoltaica
2.1 Guasti di sottostazione

Durante la manutenzione, i guasti di sottostazione possono essere categorizzati in guasti delle linee di trasmissione, guasti della barra di distribuzione, guasti del trasformatore, guasti degli interruttori ad alta tensione e dell'equipaggiamento ausiliario, e guasti dei dispositivi di protezione relè. Questi influiscono direttamente sulla trasformazione e la trasmissione dell'energia elettrica.

2.2 Guasti nell'area PV

I guasti nell'area PV spesso derivano da pratiche di installazione non conformi, come problemi con i pannelli solari, le stringhe e le scatole combinate dovuti a un'installazione impropria, malfunzionamenti degli inverter a causa di una messa in servizio inadeguata, e guasti nell'equipaggiamento ausiliario del trasformatore elevatore. Inoltre, una supervisione insufficiente durante le ispezioni può portare a non rilevare potenziali pericoli, aggravando potenzialmente i guasti.

2.3 Guasti di comunicazione e automazione

Anche se i guasti dei sistemi di comunicazione e automazione potrebbero non influire immediatamente sulla generazione di energia, ostacolano l'analisi operativa, la rilevazione dei difetti e le capacità di controllo remoto, presentando rischi di sicurezza che potrebbero aumentare se non affrontati.

2.4 Guasti geografici e ambientali

Fattori ambientali possono causare deformazioni dell'equipaggiamento a causa del cedimento del terreno, cortocircuiti elettrici a causa di distanze di sicurezza insufficienti, corrosione dovuta allo spruzzo salino, degradazione dell'isolamento a causa dell'umidità, e cortocircuiti causati dall'intrusione di fauna selvatica.

3 Cause radicate dei guasti comuni

Teoricamente, gli incidenti e i guasti gravi possono essere prevenuti attraverso una gestione rigorosa. Tuttavia, nella pratica, gli incidenti di sicurezza elettrica e i guasti dell'equipaggiamento persistono a causa di:

• Difetti di progettazione nei primi progetti PV a causa dello sviluppo affrettato e della mancanza di esperienza.

• Qualità costruttiva compromessa a causa di tempi stretti, portando a lavori non conformi e rischi operativi a lungo termine.

• Incapacità di valutare l'affidabilità dell'equipaggiamento senza prove operative complete, risultando nell'uso di componenti di bassa qualità.

• Mancanza di competenze tra il personale di manutenzione, con molti assunti recentemente che si affidano a metodi di formazione obsoleti, mancando di abilità nella diagnosi dei guasti e nella risposta d'emergenza.

4 Soluzioni

Le strategie tecniche per affrontare i guasti comuni nelle centrali fotovoltaiche includono:

• Pianificazione accurata in anticipo per garantire che i progetti siano allineati alle condizioni specifiche del sito.

• Gestione completa dell'infrastruttura con selezione rigorosa dei contraenti e controllo della qualità.

• Qualificazione rigorosa dell'equipaggiamento per escludere prodotti non conformi.

• Programmi di formazione migliorati per migliorare la responsabilità e l'esperienza tecnica del personale.
  L'implementazione di queste misure può ridurre significativamente l'incidenza dei guasti.

4.1 Gestione dei guasti di sottostazione

I guasti di sottostazione seguono protocolli standard di gestione dei guasti elettrici. In caso di interruzioni della barra di distribuzione o salti di linea, le sottostazioni a barra singola potrebbero sperimentare un blackout completo, attivando la protezione dell'isola e lo spegnimento degli inverter. Gli operatori devono:

• Sicurare l'alimentazione ausiliaria e verificare i sistemi di backup per la CC e la comunicazione.

• Analizzare le azioni dei dispositivi di protezione per identificare i tipi di guasto.

• Ispezionare i sistemi primari, localizzare i guasti e coordinarsi con gli operatori della rete per un ripristino sicuro.

4.2 Cause dei guasti nell'area PV

I fattori chiave che contribuiscono ai guasti nell'area PV includono:

• Pratiche di installazione povere, come connessioni allentate, componenti non conformi e sigillatura inadeguata nelle scatole combinate.

• Coordinazione inefficace tra i team di installazione, cablaggio e messa in servizio degli inverter e dei trasformatori.

• Degradazione ambientale, in particolare corrosione dovuta allo spruzzo salino costiero e degradazione dell'isolamento.

• Usura dovuta all'operazione prolungata, inclusi l'allentamento dei componenti dei ventilatori, dei blocchi terminali e dei ganci delle custodie.

4.3 Strategie di prevenzione dei guasti

Le misure preventive per i guasti dell'equipaggiamento elettrico includono:

• Garantire che la qualità della costruzione soddisfi gli standard operativi prima della consegna.

• Supervisione tecnica proattiva e mitigazione dei rischi ambientali durante l'operazione.

• Coltivare la responsabilità e le capacità analitiche del personale attraverso programmi di formazione mirati.

4.4 Rilevazione e gestione dei guasti

I guasti nascosti tra i pannelli solari e le scatole combinate, che causano perdite di energia senza sintomi evidenti, possono essere rilevati utilizzando clampometri per misurare le correnti delle stringhe. I componenti, fusibili o connessioni difettosi dovrebbero essere sostituiti prontamente.

4.4.1 Guasti delle scatole combinate

I problemi comuni includono fallimenti del sigillo, malfunzionamenti del modulo di comunicazione e surriscaldamento dovuto a terminali allentati. Ispezioni regolari durante la manutenzione primaverile, incluse la ricigatura e il serraggio delle connessioni, possono mitigare i rischi di surriscaldamento estivo.

4.4.2 Guasti degli inverter

I guasti degli inverter, che spesso si manifestano come arresti o problemi di avvio, sono diffusi durante l'operazione iniziale. Dopo la messa in servizio, il surriscaldamento a causa di una ventilazione povera o malfunzionamenti dei componenti/software è tipico. Le misure preventive includono la pulizia regolare dei filtri e le ispezioni dei ventilatori.

4.4.3 Guasti del trasformatore elevatore

I moderni trasformatori a secco raramente falliscono, ma i problemi comuni includono l'ingresso di fauna selvatica a causa di un sigillamento povero, malfunzionamenti dei ventilatori e fallimenti dei ganci delle valvole. Nei progetti costieri o ibridi, le terminazioni dei cavi e i parafulmini richiedono una vigilanza extra per prevenire le interruzioni delle linee di raccolta. La prevenzione dei guasti si basa su ispezioni regolari e monitoraggio tecnico.