Proteggere gli impianti di pannelli solari con sistemi di protezione contro i fulmini.
L'utilizzo di pannelli solari (PLTS) sta diventando sempre più diffuso grazie alla loro capacità di ridurre i costi dell'elettricità e di supportare l'energia pulita. Tuttavia, esiste un fattore di rischio che viene spesso trascurato: i fulmini. I fulmini non sono solo pericolosi per le persone, ma possono anche danneggiare le apparecchiature elettriche, ridurre le prestazioni del sistema e persino provocare incendi. Pertanto, gli impianti fotovoltaici devono essere dotati di un'adeguata strategia di protezione contro i fulmini, non limitandosi alla semplice installazione di un parafulmine, ma implementando un sistema di protezione completo che includa la distribuzione, la messa a terra e la protezione contro le sovratensioni.
Perché i pannelli solari sono vulnerabili ai fulmini?
I pannelli solari vengono generalmente installati sui tetti o in aree aperte, rivolti verso il cielo, con telai metallici e lunghi cavi. Questo li rende vulnerabili a due tipi di fulmini:
1. Colpo diretto
Un fulmine colpisce direttamente un edificio o un sistema. L'energia è enorme e può distruggere moduli, telai, cavi e persino le strutture del tetto.
2. Attacco indiretto e induzione
Un fulmine colpisce l'area circostante e genera un campo elettromagnetico che innesca un picco di tensione nei cavi CC del quadro elettrico, nei cavi CA e nelle linee dati di monitoraggio. Sebbene nessuno rimanga ustionato, componenti sensibili come inverter, ottimizzatori, regolatori di carica e dispositivi di comunicazione possono subire danni.
Sebbene l'intensità dei fulmini diretti sia meno frequente, l'impatto dei fulmini indiretti è più frequente ed è la causa più comune di danni agli inverter e ai dispositivi di protezione negli impianti solari.
Comprendere il concetto di protezione contro i fulmini: non solo i parafulmini
Il termine "parafulmine" viene spesso inteso come una singola asta metallica posta sulla sommità di un edificio. Tuttavia, una protezione adeguata consiste in diversi elementi che lavorano in sinergia:
– Terminale dell'aria (asta di battuta / punta del ricevitore) per “diventare il punto preferito” degli strike
– Conduttore di discesa (cavo conduttore) per convogliare la corrente del fulmine a terra
– Messa a terra / collegamento a terra (earthing) come luogo per smaltire l'energia
– Collegamento equipotenziale (equalizzazione del potenziale) in modo che non vi siano pericolose differenze di potenziale tra le parti metalliche.
– Dispositivo di protezione da sovratensioni/SPD per resistere alle sovratensioni che danneggiano i dispositivi elettronici
Se anche un solo elemento non è progettato correttamente, la protezione può risultare inefficace. Ad esempio, un parafulmine potrebbe essere installato, ma la messa a terra è inadeguata; di conseguenza, la corrente del fulmine "trova la sua strada" attraverso l'impianto elettrico di casa o il sistema di pannelli solari.
Il ruolo dei parafulmini nei sistemi a pannelli solari
L'installazione corretta dei parafulmini ha lo scopo di ridurre la probabilità che un fulmine colpisca direttamente il quadro elettrico e le relative apparecchiature. Il principio è semplice: il fulmine sceglierà il percorso con la minore impedenza verso terra. I terminali aerei vengono posizionati nel punto più alto e collegati a conduttori adeguati per convogliare l'energia verso un sistema di messa a terra idoneo.
Negli edifici dotati di pannelli solari, i parafulmini fungono da "ombrello" protettivo se il loro posizionamento tiene conto della zona di protezione. Ciò significa che i pannelli e la struttura di supporto si trovano all'interno di un'area relativamente protetta dai fulmini diretti.
Tuttavia, è importante ricordare che i parafulmini non proteggono automaticamente i dispositivi elettronici dalle sovratensioni indotte. Pertanto, sono comunque necessari SPD (dispositivi di protezione dai fulmini) e collegamenti equipotenziali adeguati.
La giusta strategia di protezione contro i fulmini per gli impianti solari.
Di seguito sono elencati i componenti importanti che dovrebbero essere inclusi in un sistema di protezione contro i fulmini per i pannelli solari:
1. Messa a terra affidabile e misurabile
La messa a terra è fondamentale. Senza una corretta messa a terra, i parafulmini e i dispositivi di protezione contro i sovraccarichi (SPD) non funzioneranno in modo ottimale. In pratica, la qualità della messa a terra viene valutata in base alla resistenza del terreno. Un valore "buono" dipende dallo standard utilizzato, ma in generale, più basso è il valore, meglio è. Per terreni rocciosi o asciutti, spesso è necessario più di un'asta di messa a terra o un sistema di messa a terra a griglia.
Altrettanto importante è la manutenzione della messa a terra. La corrosione nei punti di connessione, le variazioni dell'umidità del terreno o i lavori di costruzione intorno all'abitazione possono influire sulla resistenza.
2. Legami e equalizzazione del potenziale
Idealmente, il telaio del pannello, le guide di montaggio, la struttura metallica del tetto, i tubi metallici e la messa a terra principale dovrebbero essere collegati tra loro. Ciò garantisce che, in caso di fulmine o sovratensione, non vi sia una differenza di potenziale significativa tra le parti metalliche che potrebbe innescare una scarica elettrica o danneggiare i cavi.
Un buon collegamento equipotenziale riduce anche il rischio di scosse elettriche nel caso in cui qualcuno tocchi una parte metallica durante un guasto.
3. SPD per lato CC e CA
I dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) sono "schermature" per i componenti elettronici. Negli impianti solari, gli SPD vengono generalmente installati su:
– Lato CC (tra il pannello e l'inverter/regolatore di carica)
Protegge l'inverter dalle sovratensioni provenienti dal pannello solare.
– Lato CA (uscita dell'inverter verso il quadro di distribuzione domestico)
Protegge l'inverter e l'impianto domestico dalle sovratensioni della rete CA.
– Linee dati/comunicazione (LAN/RS485/monitoraggio), se presenti
Perché le sovratensioni possono penetrare anche attraverso i cavi di comunicazione.
La scelta del dispositivo di protezione dai sovraccarichi (SPD) deve basarsi sulla tensione di sistema (ad esempio, 600 V/1000 V CC per determinate stringhe), sulla capacità di corrente di picco e sulla classificazione di protezione (spesso indicata come Tipo 1/Tipo 2). Nelle zone ad alto rischio di fulmini o negli edifici che utilizzano sistemi di protezione dai fulmini esterni, la scelta del tipo di SPD diventa ancora più importante.
4. Disposizione dei cavi che riduce l'induzione
I cavi lunghi che formano ampi anelli hanno maggiori probabilità di "catturare" l'induzione del fulmine. Pertanto:
– Cercate di tenere i cavi CC (+) e (-) vicini (installati uno accanto all'altro) per ridurre l'area dell'anello.
– Evitare di creare spire eccessive di cavo.
– Utilizzare un percorso per i cavi ordinato e corto dal tetto all'inverter.
– Se possibile, utilizzare cavi di alimentazione e dati separati e valutare l'impiego di tubi metallici adeguatamente collegati a terra.
Questi semplici accorgimenti possono ridurre le sovratensioni indotte che entrano nell'inverter.
5. Norme di protezione meccanica e di installazione
Anche le scatole di derivazione, i connettori MC4, l'isolamento dei cavi e le terminazioni corrette influiscono sulla sicurezza. Collegamenti allentati o cavi sfilacciati possono aggravare gli effetti delle sovratensioni e causare punti caldi o scintille.
Assicurarsi che l'installazione sia conforme alle norme elettriche applicabili e che venga eseguita da un tecnico competente. La protezione contro i fulmini non è un ambito in cui è lecito procedere per tentativi ed errori, poiché anche piccoli errori possono avere conseguenze significative.
Segnali che indicano la necessità di una valutazione della protezione contro i fulmini per un impianto
È consigliabile effettuare una verifica della protezione contro i fulmini se:
– L'inverter spesso dà errori dopo un temporale.
– L'SPD si guasta spesso o l'indicatore SPD segnala un "guasto"
– C'è stato un guasto nel dispositivo di monitoraggio e poi improvvisamente
– Un fulmine ha colpito vicino alla casa (visibile da un forte rumore o da tracce nelle vicinanze).
– La messa a terra non è mai stata misurata dall'installazione
Le verifiche in genere includono il controllo dei collegamenti di messa a terra, la misurazione della resistenza di terra, la verifica dei percorsi dei cavi e la valutazione del posizionamento dei dispositivi di protezione contro i fulmini (SPD) e dei parafulmini.
Manutenzione regolare: la chiave per la longevità del sistema
La protezione contro i fulmini non è un'installazione da effettuare una volta sola. È necessario eseguire una manutenzione regolare, ad esempio ogni 6-12 mesi o dopo un forte temporale:
– Verificare le condizioni fisiche del parafulmine e del suo conduttore (che non siano rotti o corrosi).
– Controllare i morsetti e il collegamento di messa a terra
– Controllare l'indicatore SPD (molti SPD hanno una finestra indicatrice verde/rossa)
– Assicurarsi che non vi siano cavi scoperti, connettori allentati o percorsi dei cavi modificati a causa di lavori di ristrutturazione.
Se un SPD ha precedentemente subito un forte picco di tensione, le sue prestazioni potrebbero risultare compromesse. Sostituire l'SPD secondo le raccomandazioni del produttore è una pratica consigliabile.
conclusione
Proteggere un impianto fotovoltaico dai fulmini richiede un approccio completo. I parafulmini sono essenziali per ridurre il rischio di una scarica diretta, ma da soli non bastano. Per una protezione efficace, sono necessari una buona messa a terra, un collegamento equipotenziale adeguato, l'installazione di un dispositivo di protezione da sovratensione (SPD) sia sul lato CC che su quello CA e una corretta disposizione dei cavi per sopprimere l'induzione. Con una progettazione e una manutenzione adeguate, un impianto fotovoltaico può funzionare in modo stabile e sicuro, e avere una lunga durata, anche in aree con elevata intensità di fulmini.
Se state pianificando l'installazione di pannelli solari o desiderate migliorare la sicurezza di un impianto esistente, è consigliabile consultare un installatore certificato per garantire che la protezione contro i fulmini sia progettata in base alle caratteristiche dell'edificio e ai rischi locali. In questo modo, il vostro investimento nel solare sarà protetto e continuerà a generare elettricità in modo affidabile durante tutto l'anno.
