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Le connecteur en ligne développé chez Sandia peut empêcher les incendies de panneaux solaires avant qu'ils ne s'enflamment

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Sandia National Laboratories a développé un connecteur en ligne qui peut automatiquement prédire et prévenir les défauts d'arc dans les panneaux solaires avant qu'ils ne déclenchent des incendies électriques. Le chercheur de Sandia, Kenny Armijo, a passé 10 ans à travailler aux côtés d'autres chercheurs des laboratoires et de la société locale Guardian Sensors Inc. pour comprendre et caractériser ces défauts d'arc dangereux.

Kenny Armijo, chercheur au Sandia National Laboratories, utilise un générateur de défauts d'arc qui a été développé par des chercheurs pour déterminer le degré de dangerosité des défauts d'arc. (Photo par Bret Latter)

«À mesure que les panneaux solaires deviennent plus efficaces, ils sont en mesure de produire plus d’énergie», a déclaré Armijo. «Plus de puissance signifie qu’ils auront un courant et des niveaux de tension plus élevés. Lorsque vous augmentez les niveaux de courant et de tension dans les panneaux solaires de nouvelle génération, cela devient un peu plus dangereux car à mesure que vous augmentez la tension, vous obtenez une plus grande propension aux défauts d'arc. Ce nouveau mécanisme d'auto-extinction pourrait résoudre ce problème. »

Le connecteur en ligne développé par Guardian Sensors – environ 1 po. long et le diamètre d'un sou – contient un ressort métallique recouvert d'un type spécial de matériau polymère auto-extinguible développé et testé chez Sandia au cours des cinq dernières années. Comme les connecteurs actuels, les mécanismes auto-extinguibles relieraient une série de panneaux solaires comme une guirlande de lumières de Noël qui pourraient fonctionner ensemble dans un champ ou sur un toit.

Tous les connecteurs sont sensibles à la corrosion, aux dommages ou à une mauvaise installation, ce qui peut entraîner des problèmes de fiabilité, en particulier s'il y a de minuscules crevasses ou des ruptures dans les fils. Actuellement, lorsque cela se produit, des étincelles et des incendies dévastateurs peuvent se produire lorsque le courant et la tension élevés passent à travers des connecteurs endommagés, et malheureusement, il n'existe pas de moyen totalement fiable pour les connecteurs eux-mêmes de prévenir le danger. C’est là que le nouvel appareil comblerait cette lacune, a déclaré Armijo.

S'il y avait une étincelle, un polymère spécial, développé par Sandia National Laboratories, dans les connecteurs en ligne fondrait et un ressort s'étendrait à l'intérieur du connecteur pour faciliter un plus grand éclateur et arrêter les flammes, comme le montre cette photo. (Photo gracieuseté de Kenny Armijo)

Les nouveaux connecteurs en ligne ont été conçus pour s'activer à des températures supérieures à 185 ° F. Lorsque cela se produit, le matériau spécial auto-extinguible fond, remplit les crevasses ou se brise dans les fils et prolonge le ressort qui augmente l'éclateur entre les fils conducteurs, de sorte qu'ils ne peuvent plus produire d'énergie qui conduit à la chaleur et aux incendies. Une combinaison de la vitesse de la réaction et des propriétés de résistance au feu du matériau arrêtera un feu avant qu'il ne commence – en moins de 2 secondes – a déclaré Armijo.

Les matériaux auto-extinguibles utilisés dans les connecteurs ont été développés à partir d'une recherche basée sur Sandia issue du programme de recherche et développement dirigée en laboratoire. Le travail actuel avec Guardian Sensors est financé par le programme d'aide aux petites entreprises du Nouveau-Mexique qui fournit une assistance technique des laboratoires nationaux de Sandia et Los Alamos aux entreprises cherchant à résoudre des problèmes scientifiques.

Grâce au programme NMSBA, Sandia a pu fournir aux capteurs Guardian un accès à un générateur de défauts d'arc spécial breveté situé dans les laboratoires. Il a été développé par des chercheurs travaillant pour déterminer le degré de dangerosité des défauts d'arc, et il peut tester la fiabilité de différents matériaux dans les connecteurs haute tension et le câblage électrique. Pour ce projet, Armijo a pu tester un prototype du connecteur pour capteurs Guardian à l'aide du générateur de défaut d'arc, et les résultats ont été couronnés de succès.

Cette image montre un exemple d'un test de connecteur en ligne effectué aux Sandia National Laboratories au moment d'un défaut d'arc et d'une auto-extinction soudaine. Le graphique représente une chute de tension soudaine qui s'est produite en moins d'une seconde lorsque le connecteur en ligne a éteint une étincelle. (Photo gracieuseté de Kenny Armijo)

Armijo a plusieurs photos, vidéos et données issues de plusieurs tests. Un exemple significatif montre un graphique de lignes qui augmentent à mesure que les pics de tension, «alors bam – le mécanisme d'auto-extinction fonctionne», a-t-il dit, indiquant où toutes les lignes du graphique font une baisse verticale soudaine jusqu'à zéro.

"Vous voyez cet arrêt rapide, et il le fait tout seul", a déclaré Armijo. «Pour moi, c’est révélateur, car c’est effectivement un système de type« set-it-and-forget-it ». Je pense que c’est vraiment ce qui rend tout ce système vraiment utile et percutant. »

Grâce à l'assistance technique et à son succès, Guardian Sensors a reçu 225 000 $ et des bons du Department of Energy American-Made Solar Prize et a offert des possibilités de recherche à trois universités du Nouveau-Mexique. L'entreprise a également pu embaucher un nouvel ingénieur et se développer.

En outre, la société a reçu le prix Honour Speaker Ben Lujan Award for Small Business Excellence qui est décerné à un participant NMSBA qui démontre la croissance commerciale la plus significative pour l'amélioration de l'économie du Nouveau-Mexique grâce à la durabilité et au développement de la main-d'œuvre.

«Je recommande vivement le programme NMSBA car avec une assistance technique, nous avons pu tester et valider les interrupteurs de circuit», a déclaré le directeur du programme Kenny Blemel de Guardian Sensors. «Nous n'aurions pas pu accomplir cela sans l'aide des chercheurs de Sandia et de l'équipement spécial. Nous sommes impatients de commercialiser cette solution au profit des entreprises fournissant des sources d’énergie alternatives et pour la sécurité du public. »

À l'avenir, Armijo a déclaré qu'il espérait que la recherche pourrait s'étendre à d'autres types de sources d'alimentation et de périphériques de stockage, comme les batteries.

«Nous cherchons à étendre cette recherche à plus que de simples connecteurs», a déclaré Armijo. «Je pense que la prochaine étape consiste à voir si nous pouvons étendre quelque chose comme ça au stockage d'énergie, comme les batteries ou tout ce qui tient la charge. En fin de compte, la façon de faire fonctionner les énergies renouvelables et d'être plus adoptées est d'avoir un stockage, et Guardian Sensors et moi-même développons des idées et des recherches autour de technologies de stockage d'énergie avancées qui atténueront les défauts d'arc.

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