Quando si parla di un impianto fotovoltaico, spesso si pensa semplicemente ai moduli fotovoltaici, ma una tipica centrale elettrica di questo tipo è molto più complessa. È composta anche da convertitori (inverter), quadri elettrici di misura sul lato CA collegati alla rete elettrica, cavi solari speciali, elementi di collegamento, strutture di supporto e quadri elettrici con protezione sul lato CC, come scaricatori di sovratensione e protezioni da sovracorrente. È a questi e alla questione della loro selezione che dedicheremo questo articolo.
Lato CC del sistema fotovoltaico
In genere, un impianto fotovoltaico prosumer ha uno schema molto semplice. I moduli fotovoltaici sono installati sul tetto dell'edificio, al cui interno sono installati quadri elettrici e convertitori, nonché un quadro di misura con un contatore per l'energia prodotta. Tutti questi elementi sono collegati tramite cavi bipolari o quadripolari.
Nei quadri elettrici in corrente continua (CC), vengono solitamente installati dispositivi per proteggere l'impianto da sovraccarico o cortocircuito: scaricatori di sovratensione e un interruttore automatico CC. Le funzioni principali di queste protezioni sono:
- protezione dei moduli fotovoltaici contro cortocircuiti, sovraccarichi e correnti di cortocircuito inverse,
- protezione contro le sovratensioni di commutazione,
- protezione contro le sovratensioni causate dalle scariche dei fulmini.
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Sovratensioni pericolose negli impianti fotovoltaici sensibili derivano da scariche elettriche causate da fulmini o sovratensioni di commutazione indotte nei circuiti dei moduli fotovoltaici collegati in serie. Pertanto, la protezione da sovratensione è uno dei tipi di protezione più importanti per la parte CC dell'impianto fotovoltaico.
Che cosa è uno scaricatore di sovratensione?
È progettato per scaricare ripetutamente le correnti di scarica derivanti da sovratensione in un impianto fotovoltaico. Può quindi funzionare per molti anni se non è danneggiato o se non si verificano sovracorrenti o correnti di scarica che superino le capacità dello scaricatore. Dopo aver reagito alla sovratensione, il dispositivo dovrebbe tornare allo stato originale.
In base alla loro costruzione, gli scaricatori di sovratensione si dividono in:
- Limitatore di interruzione: utilizza principalmente spinterometri a gas e ad aria.
- Limitatore di scarica: utilizza principalmente varistori o diodi speciali.
- Scaricatore combinato: combinazione dei due tipi sopra descritti, ovvero combinazione di un varistore e di uno spinterometro a gas.
Scaricatori di sovratensione ETI
Scaricatori di sovratensione di tipo 1 o di tipo 2 ?
Attualmente, sul mercato sono disponibili tre tipi di moduli fotovoltaici: policristallini, monocristallini e a film sottile. Differiscono per il livello di resistenza alle sovratensioni, che il produttore dovrebbe specificare nelle sue specifiche. La scelta degli scaricatori di sovratensione dipenderà in gran parte da questo parametro. Sono solitamente adatti a tensioni nominali comprese tra 500 V e 1500 V CC. Con un'installazione e una messa a terra adeguate, possono fornire protezione dalle sovratensioni fino a un livello di 3-5 kV.
A seconda delle dimensioni dell'impianto fotovoltaico, vengono utilizzati due tipi di scaricatori di sovratensione: T1 o T2. I primi servono a proteggere l'impianto dalle sovratensioni causate da fulminazioni dirette sul sistema fotovoltaico o nelle immediate vicinanze. I secondi proteggono l'impianto dalle sovratensioni di commutazione o dalle sovratensioni causate da fulminazioni indirette.
Poiché l'energia di una scarica diretta è solitamente molto elevata, lo scaricatore di sovratensione T1 presenta uno spinterometro o un varistore con una resistenza maggiore. Questo rende il Tipo 1 necessariamente più costoso. Il Tipo 2 è raccomandato per l'uso in impianti privi di un sistema di protezione contro i fulmini esterno.
Talvolta, in un impianto fotovoltaico dotato di sistema di protezione contro i fulmini, è possibile utilizzare uno scaricatore di sovratensione T2. Questo perché la tensione sul lato CC è solitamente molto superiore a quella sul lato CA, dove vengono utilizzati scaricatori di sovratensione di Tipo 1. In caso di scarica diretta, lo scaricatore di sovratensione sul lato CA reagirà quindi prima.
Schema generale del sistema di moduli fotovoltaici e protezione contro le sovratensioni
A causa del rischio di danni agli scaricatori di sovratensione, ricordarsi di controllarne periodicamente lo stato: la finestra di ispezione. In caso di guasto di uno scaricatore di sovratensione, la finestra di ispezione apparirà di colore rosso. L'utente verrà quindi informato della necessità di sostituire l'elemento sostituibile dello scaricatore.
Dove installare uno scaricatore di sovratensione?
Lo scaricatore di sovratensione deve essere posizionato in prossimità dell'oggetto da proteggere. Nel caso di un impianto fotovoltaico, questi saranno i moduli fotovoltaici e un inverter. Se la lunghezza del cavo che collega i moduli all'inverter non supera i 10 metri, è sufficiente installare uno scaricatore in ogni stringa, posizionandolo il più vicino possibile al dispositivo con la minore resistenza alle sovratensioni. Solitamente, si tratta di un inverter CC/CA. Tuttavia, vale la pena verificare i dati tecnici dei moduli fotovoltaici per esserne certi.
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Se la lunghezza del cavo tra gli elementi sopra menzionati supera i 10 metri, è necessario installare uno scaricatore di sovratensione T1+2 o T2 (a seconda che sia presente o meno un sistema di protezione contro i fulmini esterno) sui moduli e un secondo, solitamente dello stesso tipo, sull'inverter.
Perché utilizzare i dispositivi di protezione contro le sovratensioni?
Esempio di un sistema di protezione contro i fulmini isolato
A causa della sua costruzione e della sua posizione, un impianto fotovoltaico è esposto a fulmini diretti e nelle vicinanze. In Polonia, si verificano in media 20-30 giorni di tempesta. Ciò significa che ogni centrale fotovoltaica è esposta a gravi danni a causa dei fulmini. Questi possono distruggere principalmente componenti costosi, come i moduli stessi o gli inverter CC/CA. Di conseguenza, nel giro di un secondo, il proprietario dell'impianto potrebbe essere esposto a interruzioni di corrente e costose riparazioni dell'impianto fotovoltaico. Questo fatto non è modificato dall'assicurazione della centrale. Anche se l'impianto è coperto da questa, in caso di guasto, l'assicuratore verificherà innanzitutto che siano state soddisfatte tutte le condizioni formali, comprese le opportune misure di sicurezza. La loro assenza comporterà probabilmente il rifiuto di risarcire. Per evitare tale rischio, è essenziale garantire che in ogni centrale fotovoltaica siano installati scaricatori di sovratensione.
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