Sandia National Laboratories успешно предотвращает возгорания солнечных панелей из-за дугового замыкания

По мере того, как солнечные панели становятся популярными и их напряжение увеличивается, возникает потребность в встроенных средствах тушения пожаров, вызванных дуговыми замыканиями, которые представляют собой разряды электроэнергии большой мощности, которые могут вызвать взрывы или вспышки из-за поврежденных проводов.

Исследователь Sandia National Laboratories Кенни Армийо провел 10 лет, работая вместе с другими исследователями в лабораториях и местной компании Guardian Sensors, чтобы понять и охарактеризовать эти опасные дуговые замыкания. Их работа привела к разработке линейных электрических соединителей, которые автоматически предсказывают и предотвращают фотоэлектрические дуговые замыкания, прежде чем они смогут зажечь электрические пожары.

«По мере того, как солнечные панели становятся более эффективными, они могут производить больше энергии», — сказал Армийо. «Больше мощности означает, что они будут иметь более высокий ток и более высокие уровни напряжения. Когда вы увеличиваете уровни тока и напряжения в солнечных панелях следующего поколения, это становится немного более опасным, потому что с увеличением напряжения вы получаете более высокую склонность к дуговым пробоям. Этот новый механизм самозатухания может решить эту проблему ».

Встроенный соединитель, разработанный Guardian Sensors, — длиной около дюйма и диаметром с десять центов — содержит металлическую пружину, покрытую самозатухающим полимерным материалом, разработанным и испытанным в Sandia в течение последних пяти лет. Подобно токовым разъемам, механизмы самозатухания будут связывать серию солнечных панелей, как гирлянду рождественских огней, которые могут работать вместе в поле или на крыше.

Все разъемы подвержены коррозии, повреждению или неправильной установке, что может привести к проблемам с надежностью, особенно если в проводах есть крошечные трещины или обрывы. В настоящее время, когда это происходит, при прохождении высокого тока и напряжения через поврежденные разъемы могут возникать искры и разрушительные пожары, а для самих разъемов нет полностью надежного способа предотвратить опасность. Вот где новое устройство восполнит этот пробел, сказал Армийо.

Новые линейные соединители были созданы для активации при температурах выше 185 ° F. Когда это происходит, самозатухающий материал плавится, заполняет трещины или разрывается в проводах и растягивает пружину, что увеличивает искровой промежуток между проводниками. , поэтому они больше не могут производить энергию, которая приводит к перегреву и пожарам. «Сочетание скорости реакции и огнестойкости материала остановит возгорание до его начала — менее чем за 2 секунды», — сказал Армийо.

Самозатухающие материалы, используемые в соединителях, были разработаны в результате исследований в Сандиа, проводимых в рамках программы исследований и разработок под руководством лаборатории. Текущая работа с Guardian Sensors финансируется через Программу помощи малому бизнесу Нью-Мексико, которая предоставляет техническую помощь из национальных лабораторий Сандиа и Лос-Аламос компаниям, стремящимся решить научные проблемы.

 

Полимер, разработанный Sandia National Laboratories для линейных соединителей, расплавился бы, если бы возникла искра, и пружина выступила бы внутри соединителя, чтобы обеспечить больший искровой промежуток и остановить пламя. Фото любезно предоставлено Кенни Армийо.

Благодаря программе NMSBA, Sandia смогла предоставить Guardian Sensors доступ к запатентованному специальному генератору дугового замыкания, расположенному в лабораториях. Он был разработан исследователями, работающими над определением степени опасности дугового замыкания, и с его помощью можно проверять надежность различных материалов в высоковольтных разъемах и электропроводке. Для этого проекта Armijo смогла протестировать прототип разъема для датчиков Guardian с использованием генератора дугового замыкания, и результаты были успешными.

«Вы видите это быстрое отключение, и оно происходит само по себе», — сказал Армийо. «Для меня это показательно, потому что это система типа« установил и забыл ». Я думаю, что именно это делает всю эту систему действительно полезной и действенной ».

В результате технической помощи и успеха компания Guardian Sensors получила 225 000 долларов и ваучеры от Министерства энергетики США по программе Solar Prize и предоставила возможности для проведения исследований трем университетам Нью-Мексико. Компания также смогла нанять нового инженера и расширилась.

Кроме того, компания была награждена премией Почетного спикера Бена Лухана за выдающиеся достижения в области малого бизнеса, которая вручается участнику NMSBA, который демонстрирует наиболее значительный рост бизнеса для улучшения экономики Нью-Мексико за счет устойчивости и развития персонала.

«Я настоятельно рекомендую программу NMSBA, потому что с технической помощью мы смогли протестировать и утвердить прерыватели цепи», — сказал Кенни Блемел, руководитель программы Guardian Sensors. «Мы не смогли бы добиться этого без помощи исследователей Sandia и специального оборудования. Мы надеемся вывести это на рынок в интересах компаний, предоставляющих альтернативные источники энергии, и для общественной безопасности ».

В будущем Армийо выразил надежду, что исследование может распространиться на другие типы источников питания и запоминающих устройств, такие как батареи.

«Мы планируем расширить это исследование, чтобы охватить не только разъемы», — сказал Армийо. «Я думаю, что следующий шаг — посмотреть, сможем ли мы распространить что-то подобное на накопители энергии, такие как батареи или что-нибудь, что держит заряд. В конце концов, способ заставить возобновляемые источники энергии работать и быть более распространенными — это иметь накопители, и мы с Guardian Sensors разрабатываем идеи и исследуем передовые технологии накопления энергии, которые позволят уменьшить дуговые замыкания ».