Logica dei Sistemi

Introduzione

Un impianto fotovoltaico, come qualunque impianto elettrico, prevede una tensione massima di isolamento. Cosa significa? Significa che fino ad una certa tensione l’impianto si comporta senza anomalie ma, superata tale tensione, l’impianto rischia di danneggiarsi seriamente, con probabilità sempre maggiore all’aumentare della tensione.

Da cosa sono causate le sovratensioni? Trascurando quelle derivanti da una progettazione errata che porta l’impianto fotovoltaico a lavorare in range di tensione non corretti, le principali cause di sovratensione sono le scariche elettriche atmosferiche (fulmini) o la chiusura / apertura di contatti.

In questo articolo tratteremo del primo tipo di cause: i fulmini.

Poiché gli impianti fotovoltaici sono dislocati all’esterno degli edifici e, in genere, sulla loro parte più alta, è evidente che possono essere interessati sia da sovratensioni dirette, ossia dal fulmine che colpisce direttamente l’impianto, sia da fulminazioni indirette, ossia da sovratensioni generate dalla caduta di un fulmine nei pressi dell’impianto fotovoltaico.

In genere gli impianti fotovoltaici su edifici hanno “un’aderenza” tale alla superficie dell’immobile da non alterarne la sagoma in maniera significativa e quindi, sia nel caso dei tetti a falda, sia nel caso dei tetti piani, il rischio di fulminazione diretta non aumenta di molto per la presenza dell’impianto fotovoltaico.

Di conseguenza la tipologia di tensioni più frequenti è quella indotta da scariche atmosferiche che cadono nelle vicinanze dell’impianto. In alcune aree particolari è però possibile che sia necessario impostare anche una difesa dalla fulminazione diretta.

Ogni impianto fotovoltaico è pensabile come suddiviso in due sezioni: la sezione a corrente continua (sezione in c.c.) e quella a corrente alternata (sezione in c.a.). La sezione c.c. è quella a monte dell’inverter, ossia i pannelli fotovoltaici, mentre quella in c.a. è a valle dell’inverter, ossia tra l’inverter e la rete elettrica.

La fulminazione diretta

Nel caso della fulminazione diretta si hanno varie situazioni possibili.

Il primo caso è quello del tetto a falda. In tal caso l’impianto fotovoltaico, se aderente, non altera la sagoma e quindi il rischio di fulminazione diretta rimane invariato. Analogamente per altre situazioni in cui l’impianto non altera la sagoma dell’immobile.

Se, invece, l’impianto, sia esso su tetto a falda o su tetto piano o su altro tipo di collocazione, altera la sagoma originale dell’edificio è necessario considerare due varianti: presenza o meno di un sistema di protezione dai fulmini (LPS, da Lightning Protection System o, più volgarmente, parafulmine).

Nel caso in cui non vi sia un LPS, è necessario verificare se sia necessario aggiungerlo in virtù dell’aumentato rischio di fulminazione diretta. Data la complessità dell’argomento non verrà ulteriormente approfondito ma riteniamo sia abbastanza chiaro che, ad esempio, l’installazione di pannelli fortemente rialzati rispetto al solaio di copertura possa creare le condizioni, a causa sia della struttura dei pannelli sia della carpenteria metallica che li sorregge, per un aumento del rischio di fulminazione diretta.

Se è invece installato un impianto “parafulmine” è necessario prestare particolare attenzione a vari aspetti che, per brevità, riportiamo come cenni:

• L’impianto fotovoltaico deve essere contenuto nel volume protetto dal LPS;
• E’ essenziale che vengano rispettate delle distanze di sicurezza tra l’impianto fotovoltaico e quello LPS per evitare il rischio di scariche pericolose tra i due;
• Ove non sia possibile rispettare tali distanze è necessario l’utilizzo di un SPD (Surge Protective Device) opportunamente collegato.

Oltre all’effetto diretto, una fulminazione diretta causa anche effetti analoghi alla caduta di un fulmine nei dintorni. Tali effetti saranno descritti nel successivo paragrafo sulla fulminazione indiretta. Di conseguenza, quando si protegge un sistema dai fulmini sarà necessario prevedere sempre il meccanismo di difesa dalle fulminazioni indirette e, ove consigliabile, quello di protezione dalle fulminazioni dirette.

La fulminazione indiretta

La caduta di un fulmine nelle vicinanze dell’impianto consiste nel formarsi, per una frazione di secondo, di un arco elettrico percorso da correnti elevatissime. Queste correnti generano un fortissimo impulso di campo magnetico che induce, di conseguenza, una tensione in tutte le spire che esso attraversa. Si ricorda che una spira è un percorso praticamente chiuso interamente conduttivo.

I circuiti in corrente continua che collegano tra loro i vari moduli fotovoltaici sono dei tipici circuiti chiusi aventi una forma ad anello e sono, molto spesso, la principale causa di accoppiamenti induttivi, ossia di cattura del campo magnetico che genera le sovratensioni.

E’ buona norma (visto che non influisce sui costi dell’impianto) realizzare i collegamenti tra i moduli in modo da ridurre al minimo le spire e, soprattutto, di spezzare ogni spira in una o più spire incrociate in modo da fa sì che l’effetto del campo indotto in una spira si annulli con l’effetto indotto nell’altra.

In molti impianti queste buone pratiche non vengono rispettate e ciò li rende particolarmente sensibili ai fulmini.

Oltre a queste tecniche di costruzione è comunque opportuno mettere dei sistemi di scarica, gli SPD già citati prima, che intervengono scaricando le sovratensioni pericolose. Se si utilizzano tali dispositivi è opportuno assicurarsi che, ad esempio mediante un fusibile di protezione, siano in grado di resistere anche a scariche di energia superiore alla loro capacità.

Sia che si utilizzi SPD con fusibile sia senza è necessario che essi abbiano la capacità di segnalare il loro stato in quanto un loro guasto non pregiudica il funzionamento dell’impianto ma lo priva della protezione. Il risultato è che il guasto degli SPD non verrebbe rilevato e, alla prima scarica pericolosa, il sistema verrebbe danneggiato.

La scelta dell’inverter deve essere legata alla sua capacità di scaricare le sovratensioni. Nel caso in cui l’inverter non avesse tale capacità si dovrà provvedere con un’apposita barriera di protezione prima dell’inverter, ossia subito dopo il campo fotovoltaico.

Cosa fare se il proprio impianto è sensibile ai fulmini?

Se il proprio impianto viene danneggiato dai fulmini la prima cosa da fare è capire se si tratta di fulminazioni dirette o indirette e quindi prendere le contromisure adeguate al caso.

Logica dei Sistemi dell’ing. Luca Lezzerini effettua consulenze sulla protezione degli impianti fotovoltaici da fulmini, sia relativamente alla fulminazione diretta sia a quella indiretta. Per avere informazioni senza impegno potete contattarci.