Brand in PV-installaties tijdig opsporen met Artificial Intelligence

Op de dag na Prinsjesdag 2018 opende het RTL Nieuws met een item over branden in PV-installaties. Uit een inventarisatie blijkt dat vlambogen een belangrijke oorzaak zijn van het ontstaan van deze branden. Artificial Intelligence (AI) kan helpen om zulke incidenten te voorkomen. Hoe werkt deze technologie precies?
Delen:
Een vlamboog is een veelvoorkomende oorzaak van brand in een PV-installatie

Op basis van geluiden uit de markt en het verzekeringswezen, werd duidelijk dat het onderling verbinden van panelen met PV-kabels waarop verschillende merken en typen stekkers bevestigd zijn, tot problemen leiden. Ook bleek dat het onvakkundig aanzetten van connectoren op kabels veel kwaad kan aanrichten. Holland Solar kwam daarna naar buiten met een officiële mededeling richting zijn leden om cross-mating van stekkers tegen te gaan en gedegen krimptangen te gebruiken.

Ondanks de aandacht voor de problematiek werd er nadien toch nog af en toe melding gemaakt van branden. Ook kwam in het nieuws dat verzekeraars steeds hogere premies zijn gaan vragen voor de inboedelverzekeringen van bedrijfspanden met zonnestroominstallaties. Een verzekeraar wilde bijvoorbeeld het Thialf stadion niet meer verzekeren vanwege de zonnepanelen die erop waren aangebracht.

Veiligheidsfilosofie

De problematiek werd in verscheidende seminars besproken. Tijdens zo’n seminar kwam Evert Bende in contact met Huawei, waar hij inmiddels werkzaam is als Technisch Consultant. “Ik ontdekte dat het bedrijf het thema veiligheid buitengewoon serieus neemt. Huawei heeft een productportfolio met allerlei veiligheidsvoordelen. Dit heeft betrekking op zowel de preventie van incidenten als het ingrijpen als incidenten zich voordoen. Ik heb deze filosofie eens onder de loep genomen.”

De omvormer houdt voortdurend bij of er afwijkingen van de IV curves te zien zijn

Op het gebied van preventie bieden de omvormers van Huawei de functionaliteit IV-curve diagnose. Bende legt uit: “Dit houdt in dat de omvormer voortdurend bijhoudt of er afwijkingen te zien zijn van de IV curves; op maar liefst 14 punten worden de IV curves geanalyseerd. Eén van die punten waar de IV =-curve diagnose tool naar kijkt is een toename van de weerstand van het systeem. Dit zou bijvoorbeeld kunnen duiden op het ontstaan van een overgangsweerstand in een connector-paar door corrosie.”

Ook kan het systeem in sommige gevallen de symptomen van micro-cracks waarnemen, die zijn ontstaan tijdens het vervoer, installatie of schoonmaak van zonnepanelen. De IV-curve diagnose draagt dus bij aan het vroegtijdig onderkennen van problemen, waarop kan worden ingegrepen vóórdat zich een calamiteit voordoet. Preventie dus.

Optimizers toepassen

Een gedeeltelijke schaduw op zonnecellen van panelen kan onder sommige omstandigheden leiden tot het in reverse gaan van zonnecellen. “Dit betekent dat die zonnecel warmte opwekt in plaats van stroom opwekt. Dit in reverse gaan leidt tot een temperatuursverhoging (hotspot) en kan zelfs tot beschadiging van de zonnecel leiden”, aldus Bende.

“Het in reverse gaan van de zonnecellen kan voorkomen worden door het toepassen van optimizers. Het interessante van het Huawei productportfolio is dat de PV-systemen op meerdere manieren uitgerust kunnen worden met optimizers: Mét, zónder of gedeeltelijk.”

“Als een systeem wordt aangelegd op een plat dak van een bedrijfsgebouw met schaduwvormende objecten, kan de installateur er voor kiezen om alleen optimizers toe te passen waar de schaduw optreedt. Dit heeft dus niet alleen voordelen voor de prestatie, maar ook voor de veiligheid.”

Bovendien kunnen de kosten laag gehouden worden ten opzichte van een systeem dat volledig is uitgerust met optimizers. Zo gaan kosteneffectiviteit en preventie hand in hand.

Geavanceerde vlamboogdetectie

“Naast preventie levert Huawei ook functionaliteit om in te grijpen als incidenten zich voordoen”, vertelt Bende. “Door middel van AFCI (Arc Fault Current Interruption), een techniek die vlambogen detecteert en vervolgens de stroomkring in het systeem onderbreekt. Huawei is niet de enige leverancier die vlamboogdetectie biedt. Om te kijken wat deze technologie bijzonder maakt, moeten we even terug naar de roots van het bedrijf.”

De meeste leveranciers van omvormers zijn ontstaan vanuit de elektronica-industrie. Huawei daarentegen is een bedrijf waar digitalisering in het DNA zit. “De enorme expertise die in het concern aanwezig is, wordt ook aangewend voor de vlamboogdetectie-technologie”, zegt Bende. “Waar andere leveranciers veelal vertrouwen op analoge elektronica om vlambogen te detecteren, zet Huawei Artificial Intelligence (AI) in.”

“De reden hiervan is dat vlambogen lastig zijn te detecteren, omdat het signaal nooit precies hetzelfde is. Dit komt omdat het afhangt van vele factoren waar onder de configuratie van het PV-systeem, de string-stroom en de locatie van de vlamboog.”

Kirin chipset technologie

Vlamboogdetectie draait om het onderscheiden van een zwak signaal in het frequentiedomein tegen een achtergrond van ruis. De AI-oplossing van Huawei is gebaseerd op de Kirin chipset technologie van dochterbedrijf HiSilicon. Door de implementatie van neurale netwerken met zelflerende algoritmes kunnen vlambogen buitengewoon goed gedetecteerd worden en is het aantal false positives nihil.

“Dit is erg belangrijk omdat onterechte afschakelingen leiden tot verlies van inkomen van de klant. Het kost de installateur daarnaast enorm veel tijd; daar wordt dus niemand blij van”, concludeert Bende.

Normoverschrijdende vlamboogdetectie

Samen met China General Certification Center heeft Huawei heeft een whitepaper uitgebracht over zijn vlamboogdetectie. De conclusie: de Huawei vlamboogdetectie presteert veel beter dan de Amerikaanse norm UL1699-B:2018 voorschrijft. De norm hanteert het volgende: Maximale string-stroom van 14 A, maximale kabel lengte van 80 m, afschakeltijd van 2.5 sec, vlamboogenergie <750 J.

Huawei behaalt in de tests respectievelijk: Maximale string-stroom van 26 A, maximale kabel lengte van 80 m (1-fase) en 200 m (3-fase),  afschakeltijd van 0.5 sec en een vlamboogenergie <500 J. Onlangs heeft TüV SüD de AFCI van Huawei ook gecertificeerd tegen de recentelijk aangenomen internationale norm IEC-63027.

Extra functionaliteit

Zoals gezegd kunnen PV-systemen met Huawei omvormers ook volledig of gedeeltelijk worden uitgerust met optimizers. In dat geval blijft de vlamboogdetectie gewoon werken. Als het systeem volledig wordt uitgevoerd met optimizers is er zelfs een extra functionaliteit: Arc Fault Pin-Pointing. Dankzij communicatie tussen de omvormer en optimizers kan de plek des onheils in het systeem aangewezen worden. In dat geval kan een installateur het probleem sneller verhelpen.

Evert Bende besluit: “In het productportfolio van Huawei gaan flexibiliteit, kosteneffectiviteit en veiligheid hand in hand. Daarom verwacht ik dat de unieke en geavanceerde veiligheidseigenschappen ook niet onopgemerkt zullen blijven door de verzekeraars.”

Dit artikel is gesponsord door Huawei

Lees ook: