Garantire la protezione degli impianti a pannelli solari con i dispositivi di protezione adeguati.
Gli impianti fotovoltaici (PLT) stanno diventando sempre più popolari grazie alla loro capacità di ridurre i costi dell'elettricità, aumentare l'indipendenza energetica e contribuire al raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni. Tuttavia, molti si concentrano sulla capacità dei moduli e degli inverter, presumendo che il sistema sia automaticamente sicuro una volta acceso. In realtà, i sistemi di energia solare, siano essi connessi alla rete, ibridi o isolati, operano con correnti e tensioni potenzialmente pericolose e sono esposti a condizioni esterne come calore, pioggia, fulmini e umidità. Senza adeguate protezioni, aumenta il rischio di danni alle apparecchiature, calo delle prestazioni e persino potenziali incendi.
Questo articolo illustra i principali dispositivi di protezione importanti per garantire l'affidabilità e la sicurezza degli impianti fotovoltaici, come selezionarli e le corrette procedure di installazione.
Perché è importante proteggere un impianto fotovoltaico?
Un impianto fotovoltaico è composto da diversi componenti: moduli fotovoltaici, cavi in corrente continua, una scatola di giunzione, un inverter, batterie (se presenti), un quadro di distribuzione in corrente alternata e un collegamento alla rete elettrica. Ogni componente presenta rischi specifici. Sovratensioni causate da fulmini o manovre di commutazione, sovracorrenti dovute a cortocircuiti, correnti di dispersione, connessioni allentate che provocano surriscaldamento e interruzioni della rete elettrica possono causare danni costosi ai componenti.
Oltre alla protezione delle apparecchiature, la protezione ha un impatto diretto anche sulla sicurezza degli utenti e dei tecnici. Le tensioni in corrente continua provenienti dai circuiti dei quadri elettrici possono essere molto elevate e pericolose, poiché la corrente continua tende ad essere più difficile da interrompere rispetto alla corrente alternata. Pertanto, i sistemi di sicurezza devono essere progettati fin dall'inizio, non aggiunti in un secondo momento.
1) Protezione da sovracorrente: fusibile e interruttore automatico magnetotermico (MCB/MCCB)
La funzione principale della protezione da sovracorrente è quella di impedire il surriscaldamento di cavi e apparecchiature a causa di correnti superiori alla loro capacità di corrente. Nei sistemi fotovoltaici, questa protezione è in genere presente sia sul lato CC che su quello CA.
a) Fusibile CC per la stringa del pannello
I fusibili sono utilizzati principalmente nei sistemi con più stringhe in parallelo. Se una stringa si guasta, la corrente proveniente dalle altre stringhe può fluire all'indietro e danneggiare la stringa difettosa. Un fusibile di stringa interrompe questo flusso inverso. Utilizzare un fusibile progettato specificamente per il fotovoltaico in corrente continua (CC), poiché le capacità di estinzione dell'arco elettrico in CC differiscono da quelle in CA.
b) Interruttore automatico DC MCB/MCCB
Un interruttore automatico magnetotermico (MCB) in corrente continua è necessario per la protezione e/o l'interruzione del circuito durante la manutenzione. In alcuni progetti, fusibili e MCB vengono utilizzati insieme a seconda delle necessità. L'MCB/MCCB in corrente continua deve avere una tensione nominale in corrente continua sufficiente per la tensione totale della stringa fotovoltaica.
c) Interruttore automatico CA MCB/MCCB
Sul lato di uscita dell'inverter (CA), gli interruttori automatici miniaturizzati (MCB/MCCB) proteggono la linea da sovracorrenti e cortocircuiti. La scelta della curva di intervento (ad esempio, B/C/D) e della capacità di interruzione deve essere adattata alle caratteristiche del carico e alla potenziale corrente di guasto.
Nota importante: non utilizzare un interruttore automatico magnetotermico (MCB) per corrente alternata su una linea in corrente continua. Sebbene possano sembrare "simili", i dispositivi per corrente alternata potrebbero non interrompere l'arco elettrico in corrente continua e sono pericolosi.
2) Interruttore/Sezionatore di carico: Sezionatore CC
Un buon impianto fotovoltaico dovrebbe essere dotato di un sezionatore CC che permetta di scollegare i pannelli dall'inverter durante ispezioni, emergenze o interruzioni programmate. Un sezionatore CC si differenzia da un interruttore automatico magnetotermico (MCB) in quanto è progettato per interrompere in modo sicuro la corrente di carico ad alte tensioni CC.
Gli isolatori vengono generalmente installati:
– vicino all'inverter (in modo che il tecnico possa scollegare la corrente continua prima della manutenzione),
– oppure in una scatola di giunzione a seconda del progetto.
Selezionare un sezionatore con i valori nominali di tensione e corrente appropriati, le norme e le certificazioni pertinenti e un involucro adatto al luogo di installazione (interno/esterno).
3) Dispositivo di protezione da sovratensione (SPD)
I dispositivi di protezione contro i fulmini (SPD) sono componenti cruciali, soprattutto nelle aree soggette a fulmini o a reti elettriche instabili. Le sovratensioni possono provenire da due direzioni:
– dal lato CC (induzione di fulmini sul cavo del pannello/modulo),
– dal lato CA (sovratensione dalla rete o dovuta alla commutazione di carichi elevati).
Tipi comuni di disturbo dell'elaborazione sensoriale (SPD):
– DC SPD (PV SPD): per il percorso dal quadro elettrico all'inverter/combinatore.
– SPD AC: per l'uscita del quadro di distribuzione CA/inverter.
In pratica, i dispositivi di protezione individuale (SPD) vengono spesso installati:
– sulla scatola combinatrice CC,
– vicino all'inverter,
– sul pannello principale della corrente alternata.
Affinché un SPD funzioni in modo ottimale, è essenziale un buon sistema di messa a terra. Il cavo di messa a terra dell'SPD dovrebbe inoltre essere il più corto e rettilineo possibile per ridurre l'impedenza.
4) Protezione dalle correnti di dispersione: RCD/RCBO e monitoraggio dell'isolamento
Sul lato CA, un RCD (Dispositivo a Corrente Residua) o RCBO (una combinazione di MCB e RCD) viene utilizzato per proteggere le persone dalle scosse elettriche causate dalla dispersione di corrente verso terra. Ciò è essenziale sia per gli impianti residenziali che commerciali.
Tuttavia, nei sistemi con determinati inverter, è necessario selezionare correttamente il tipo di interruttore differenziale (ad esempio, tipo A o tipo B), poiché la corrente di dispersione può contenere una componente continua. Gli inverter moderni spesso prevedono raccomandazioni specifiche; seguire il manuale del produttore è obbligatorio.
In alcuni sistemi, soprattutto su larga scala o in impianti isolati, è possibile utilizzare un dispositivo di monitoraggio dell'isolamento per controllare la resistenza di isolamento sul lato CC.
5) Protezione della batteria (per sistemi ibridi/off-grid)
Se il sistema utilizza batterie (al litio o al piombo), la protezione deve essere più rigorosa perché l'energia immagazzinata è elevata e il rischio termico è maggiore.
Dispositivi di protezione comuni:
– Fusibile/interruttore automatico CC vicino alla batteria (protegge il cavo e previene correnti di guasto elevate).
– Interruttore di disconnessione della batteria per una facile manutenzione.
– BMS (Battery Management System), specifico per batterie al litio: regola il bilanciamento, monitora la temperatura, la tensione delle celle, la corrente e si disconnette quando le condizioni non sono sicure.
– Protezione termica e ventilazione: il locale batterie necessita di un'adeguata circolazione dell'aria, soprattutto per alcune tipologie.
Idealmente, il fusibile dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile ai terminali della batteria (pur tenendo conto della sicurezza meccanica) per ridurre al minimo la lunghezza del cavo non protetto.
6) Messa a terra, collegamento equipotenziale e protezione esterna contro i fulmini
La messa a terra è il fondamento della protezione. Ci sono due aspetti principali:
– Messa a terra elettrica: garantire che le correnti di guasto abbiano un percorso sicuro verso terra.
– Collegamento: unione di parti metalliche (telaio del pannello, montaggio, involucro) in modo che abbiano lo stesso potenziale, riducendo il rischio di scosse e aumentando l'efficacia del dispositivo di protezione individuale (SPD).
Inoltre, nelle zone ad alto rischio di fulmini (edifici alti, ampie aree aperte), è consigliabile valutare l'installazione di sistemi di protezione contro i fulmini esterni, come parafulmini e conduttori di discesa, progettati secondo le normative vigenti. La protezione esterna contro i fulmini è diversa dai dispositivi di protezione individuale (SPD); i due sistemi si completano a vicenda.
7) Contenitori e connettori: piccoli dettagli che determinano la sicurezza
Oltre ai dispositivi “principali”, esistono elementi di supporto che spesso vengono sottovalutati:
– Scatola di giunzione con grado di protezione IP in base all'ambiente di installazione (ad esempio IP65 per esterni).
– Connettore CC standard PV (ad esempio, compatibilità del tipo di connettore) per evitare contatti allentati che causano surriscaldamento.
– Pressacavi, canaline e sistemi di gestione dei cavi per evitare che vengano spellati o rosicchiati dagli animali.
– Etichettatura e segnaletica: le indicazioni “Pericolo CC”, le istruzioni per l'uso degli interruttori di isolamento e gli schemi unifilari sono utili durante le ispezioni e le emergenze.
I collegamenti allentati sono una causa comune di punti caldi e potenziali incendi. Pertanto, la qualità dei connettori, la tecnica di crimpatura e la coppia di serraggio devono essere conformi alle specifiche.
Come scegliere l'equipaggiamento protettivo giusto
Affinché la protezione non sia solo "presente", prestate attenzione ai seguenti principi:
1. Far corrispondere i valori nominali (tensione, corrente, potere di interruzione) alla progettazione del sistema, non alle stime.
2. Utilizzare un dispositivo PV/DC dedicato per il lato CC.
3. Attenersi agli standard e alle raccomandazioni del produttore dell'inverter, in particolare per quanto riguarda RCD/RCBO e la messa a terra.
4. Assicurare il coordinamento delle protezioni: i dispositivi più vicini alla fonte del disturbo dovrebbero disattivarsi per primi, al fine di ridurre al minimo l'area di interruzione.
5. Presta attenzione alla qualità e alla certificazione: i dispositivi economici privi di standard chiari possono guastarsi in caso di sovratensione o guasto.
Manutenzione e collaudo periodici
Una buona protezione richiede comunque ispezioni periodiche, ad esempio:
– verificare il serraggio dei terminali (coppia di serraggio),
– ispezione visiva per individuare segni di surriscaldamento,
– assicurarsi che l'SPD sia ancora attivo (indicatore di stato),
– testare periodicamente l'RCD,
– Monitorare i registri degli errori dell'inverter e del BMS.
I sistemi non sottoposti a manutenzione rischiano il deterioramento delle connessioni, la corrosione e guasti non rilevati.
Chiusura
Garantire la protezione di un impianto fotovoltaico non significa solo installare pannelli di qualità e un inverter. Richiede anche la creazione di un sistema di protezione completo e stratificato: protezione da sovracorrente, distacco del carico, protezione da sovratensione, protezione da corrente di dispersione, protezione della batteria e un'adeguata messa a terra e collegamento equipotenziale. I dispositivi di protezione giusti non solo proteggono il vostro investimento da danni costosi, ma migliorano anche la sicurezza dei residenti, dei tecnici e dell'ambiente circostante.
Se state progettando l'installazione di un impianto fotovoltaico, date priorità alla progettazione dei sistemi di protezione fin dall'inizio e assicuratevi che l'installazione venga eseguita da tecnici competenti in conformità con le normative elettriche vigenti. In questo modo, il vostro impianto solare potrà funzionare in modo stabile, sicuro e ottimale per molti anni a venire.
