La transizione globale verso le energie rinnovabili ha posizionato i sistemi fotovoltaici (PV) come una pietra angolare della produzione di energia sostenibile. Questi sistemi, spesso installati in luoghi esterni esposti e collegati a reti elettriche estese, sono intrinsecamente vulnerabili alle sovratensioni transitorie, comunemente note come sovratensioni o picchi. Queste sovratensioni, provenienti sia da fonti esterne come i fulmini, sia da fonti interne come operazioni di commutazione all'interno della rete o degli inverter, rappresentano una minaccia significativa per l'integrità e la longevità del sistema. Di conseguenza, l’integrazione dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) non è semplicemente un miglioramento ma una necessità fondamentale per garantire l’affidabilità, la sicurezza e la sostenibilità economica di qualsiasi installazione fotovoltaica.
Fonti di minacce di sovratensione negli impianti fotovoltaici
Comprendere l’origine delle sovratensioni è fondamentale per implementare una protezione efficace. Le minacce sono duplici:
Sovratensioni esterne (fulmini): un fulmine diretto su un array fotovoltaico o sul terreno circostante può causare danni catastrofici. Più comunemente, gli attacchi indiretti inducono massicce sovratensioni nei conduttori elettrici e nei componenti metallici del sistema. Anche gli fulmini a distanza possono accoppiare gli impulsi elettromagnetici all'ampio cablaggio di un impianto fotovoltaico.
Sovratensioni interne (transitori di commutazione): vengono generate all'interno del sistema elettrico stesso. Il funzionamento di interruttori automatici, contattori o la commutazione rapida dei componenti elettronici di potenza dell'inverter può creare picchi di tensione ad alta-frequenza. Inoltre, le fluttuazioni nella rete pubblica, come ad esempio la commutazione dei banchi di condensatori, possono propagarsi anche all'impianto fotovoltaico.
Senza protezione, queste sovratensioni transitorie possono portare alla distruzione immediata e irreversibile di componenti sensibili e costosi, in primis i moduli fotovoltaici e l'inverter. Possono inoltre causare un degrado cumulativo dell'isolamento e dei componenti elettronici, con conseguenti guasti prematuri e una riduzione della durata del sistema.
Il ruolo e il posizionamento degli SPD in un sistema fotovoltaico
Un SPD funziona come una valvola limitatrice di pressione per gli impianti elettrici. Limita le sovratensioni transitorie deviando la corrente di picco verso terra in modo sicuro, bloccando così la tensione a un livello sicuro per le apparecchiature collegate. Una strategia SPD completa per un sistema fotovoltaico prevede un approccio coordinato in più-fasi, spesso definito zonizzazione:
Protezione lato CC (dall'array FV all'inverter): il lato CC del sistema, che comprende i pannelli solari e il cablaggio che va all'inverter, è altamente suscettibile alle sovratensioni-indotte dai fulmini.
Gli SPD di tipo 1 vengono generalmente installati nel quadro combinatore CC principale. Sono progettati per resistere a correnti impulsive molto elevate provenienti da fulmini diretti o vicini, fornendo la prima linea di difesa.
Questi SPD proteggono i cavi CC e lo stadio di ingresso CC dell'inverter, che è uno dei componenti più vulnerabili e costosi da sostituire.
Protezione lato CA (connessione dall'inverter alla rete): anche l'uscita CA dell'inverter e il punto di connessione alla rete principale richiedono una protezione robusta.
Gli SPD di tipo 2 sono installati sul quadro di distribuzione CA, spesso vicino all'uscita dell'inverter. Il loro ruolo principale è quello di proteggere dai transitori di commutazione e dalle sovratensioni provenienti dalla rete, impedendo loro di danneggiare il circuito di uscita CA dell'inverter.
Se l'impianto fotovoltaico è installato in un edificio, può essere richiesto anche un SPD di Tipo 1 all'ingresso di servizio principale, fornendo una protezione coordinata per l'intero impianto elettrico.
Protezione della linea dati/comunicazione: i moderni sistemi fotovoltaici spesso includono apparecchiature di monitoraggio e comunicazione. Gli SPD per le linee dati (ad esempio, Ethernet, RS485) sono essenziali per proteggere queste porte di segnale sensibili dalle sovratensioni indotte sui cavi di comunicazione.
Considerazioni chiave per la scelta degli SPD
La scelta del giusto SPD coinvolge diversi parametri tecnici:
Tensione operativa continua massima (Uc): deve essere superiore alla tensione massima del sistema (sia CC che CA).
Livello di protezione della tensione (su): questa è la tensione massima che verrà lasciata passare all'apparecchiatura. Un Up inferiore offre una migliore protezione ma deve essere compatibile con la tensione di tenuta dell'apparecchiatura.
Corrente di scarica nominale (In) e corrente a impulso (Iimp): questi valori indicano la capacità dell'SPD di scaricare le correnti di picco. Gli SPD di Tipo 1 sono caratterizzati da Iimp, mentre quelli di Tipo 2 da In, riflettendo i loro diversi ruoli protettivi.
In conclusione, man mano che i sistemi fotovoltaici diventano parte integrante della nostra infrastruttura energetica, salvaguardare questo investimento è fondamentale. I dispositivi di protezione contro le sovratensioni forniscono una soluzione robusta ed economica-efficace per mitigare i rischi posti dalle sovratensioni transitorie. Implementando uno schema SPD ben-progettato che copra entrambi i lati CC e CA del sistema, installatori e proprietari possono migliorare significativamente i tempi di attività del sistema, proteggere risorse preziose e garantire la generazione affidabile e a lungo termine di energia solare pulita. Ignorando questa critica
