Parlando in generale di fotovoltaico, spesso vengono menzionati termini come boom fotovoltaico, creazione di posti di lavoro nell’economia, tecnologia del futuro.
In realtà, il fotovoltaico si trova ben oltre la sua fase iniziale e occupa già un posto fisso nella gamma mondiale delle energie. Al momento la sua quota nella produzione complessiva di energia elettrica è ancora piccola, ma i segnali puntano verso l’espansione.
Le ragioni essenziali che hanno portato all’incremento del fotovoltaico (fv) sono, oltre al lento ma continuo cambiamento della consapevolezza ambientale dei paesi industrializzati, gli incentivi economici per i gestori di impianti fv. Per questi ultimi un impianto fv rappresenta la soluzione ideale, che combina l’obiettivo della produzione ecologica di energia elettrica e gli interessi economici.
Affinché il gestore di un impianto fv possa ottenere a lungo termine il rendimento desiderato dal suo investimento finanziario per la costruzione e il funzionamento dell’impianto fv, non basta che si concentri solo sulla scelta delle tecnologie esistenti sul mercato per quanto riguarda i moduli fv e gli inverter.

Data la loro posizione esposta, gli impianti fv sono soggetti a tutti gli agenti atmosferici per interi decenni. Ed è esattamente questo il punto al quale il gestore dovrebbe prestare maggiore attenzione. A che cosa serve, infatti, l’alto grado di efficienza di un inverter, se un unico temporale durante il ciclo di vita programmato dell’impianto fv può distruggere in modo “fulminante” tutti i sogni di un rendimento del capitale investito?
Per prevenire un tale danno totale sia tecnico sia economico, i costruttori di impianti fv responsabili includono fin dall’inizio nel progetto dell’impianto i costi delle misure di protezione contro i fulmini e le sovratensioni.

La figura 1 offre un quadro delle misure di protezione contro i fulmini e le sovratensioni per un piccolo impianto fv.
Anche il fatto che al momento si stiano moltiplicando le norme internazionali in materia di standardizzazione degli apparecchi e dei materiali, nonché le direttive per la loro installazione dimostra che gli impianti fv costituiscono un’evoluzione tecnologica già affermata. La cosa più importante sono i requisiti di sicurezza per la protezione delle persone e delle cose. Essendo dotato di un generatore a corrente continua dipendente dall’intensità di irradiazione, l’impianto fv rappresenta un caso particolare. Già gli impianti con una piccola e media potenza sono caratterizzati da tensioni continue molto alte fino a 1000 V e correnti continue attorno ad alcune decine di ampere. Nel caso di impianti fv più grandi possono essere misurate tensioni e correnti ancora più alte a seconda della loro topologia. Specialmente per il dimensionamento delle misure di protezione delle persone e delle cose costituisce uno svantaggio il fatto che nel circuito del generatore non siano quasi disponibili correnti di corto circuito significative, che normalmente garantiscono l’interruzione dell’alimentazione in bassa tensione nel caso di un guasto nel circuito.

Ciò rivela l’importanza di applicare misure di sicurezza alternative, adatte alle particolarità dell’impianto fv. Attualmente l’unica misura di sicurezza che sembra praticabile è l’isolamento doppio e rinforzato applicato al circuito del generatore. Ma anche in questo caso bisogna tenere conto delle condizioni speciali di un impianto elettrico che si trova quasi completamente all’aperto. Non solo pioggia, gelo, radiazioni ultraviolette, calore, tempeste, grandine e temporali sono minacce permanenti per l’impianto, bensì bisogna anche tener conto di danneggiamenti causati da roditori, uccelli e, non da ultimo, da atti di vandalismo.
Un ulteriore punto che complica la situazione nel caso degli impianti fv è il fatto che non si può contare su esperienze di lungo termine per le varie tecnologie. Solo grazie alla precoce promozione della tecnologia fv in vari stati d’Europa, a poco a poco si vengono a conoscere i primi risultati di lungo termine concernenti il funzionamento degli impianti fv e la prestazione dei materiali utilizzati. In tutte le imprese del settore fv, ingegneri esperti stanno lavorando per integrare nel futuro sviluppo degli apparecchi i risultati ottenuti nella pratica. Questo spiega, tra l’altro, i cicli di vita relativamente brevi per l’elettrotecnica, degli apparecchi e del materiale specifici del fotovoltaico.

Protezione contro le sovratensioni
Quello che vale per la tecnologia fv vale anche per le tecniche di sicurezza applicate in questo campo. L’esempio della protezione contro le sovratensioni aiuta a comprendere questo sviluppo.
Per la sicurezza degli apparecchi e del circuito del generatore, nei primi impianti fv ad uso commerciale, introdotti verso la metà degli anni ottanta, venivano applicati surge protective devices (spd) a varistore, che sia nella loro costruzione che nella connessione tra loro erano dimensionati per l’applicazione sul lato della tensione alternata secondo le regole della tecnologia a bassa tensione.
Solo con il primo grande boom del settore del fotovoltaico negli anni novanta diventò chiaro che per il dimensionamento degli spd non si poteva partire dal semplice presupposto che l’impianto funzionasse senza guasti per tutto il suo ciclo di vita. Anche se nell’applicazione dell’isolamento doppio e rinforzato il guasto dell’isolamento non viene considerato, esso non è raro, dato il particolare ambiente d’isolamento, e può causare gravi danni agli apparecchi. Se si aggiunge il fatto che negli impianti fv si ha a che vedere con tensioni e correnti continue, che al verificarsi di un guasto possono scorrere ad altre parti dell’impianto contigue messe a terra, allora dal punto di vista tecnico si impone il paragone con lo sviluppo di un arco nella saldatura elettrica. E, infatti, gli apparecchi fuori servizio sono spesso parzialmente o persino completamente bruciati.
La prima reazione a questi risultati fu il dimensionamento del circuito di protezione contro le sovratensioni secondo il metodo del “circuito a Y” con un addizionale spinterometro inserito in serie. Questo per garantire l’isolamento galvanico degli elementi degli spd a varistore.
Con questo tipo di circuito di protezione si riuscì a ridurre notevolmente la probabilità di un improvviso sovraccarico nel caso di un guasto dell’isolamento. Purtroppo, questo vantaggio fu di breve durata: con il continuo aumento della tensione fotovoltaica in zone tra 600 e 1000 V, nel 2002 si dovettero adeguare nuovamente i circuiti di protezione. Con il circuito a Y, consistente di tre rami di protezione a varistore e resistente ai guasti, diventò possibile raggiungere, anche nel caso di impianti fv con tensioni più elevate, un’ottimizzazione della protezione contro le sovratensioni e la necessaria tolleranza ai guasti (figura 2).

Questa soluzione ebbe molto successo, ma nascondeva comunque un’imperfezione: l’interno degli spd utilizzati era stato originariamente concepito per applicazioni in corrente alternata. Per evitare reazioni negative da parte di chi legge questo articolo, vorrei osservare a questo punto che fino a oggi non esiste alcuna norma di prodotto per gli spd applicati ai circuiti a corrente continua, tantomeno per quelli applicati agli impianti fv. Ma che cosa significa il fatto che si tratti di spd originariamente sviluppati per sistemi a corrente alternata? Per evitare che un varistore sovraccaricato nell’spd del circuito elettrico rappresenti una fonte d’incendio, si usa separare il varistore dal circuito elettrico tramite un dispositivo di sezionamento a effetto termico. Nel caso di impianti a tensione alternata, il dimensionamento di un tale punto di sezionamento non comporta alcuna difficoltà per un produttore di spd esperto. Ma nel caso di applicazione nei sistemi a tensione continua, e specialmente nel caso di un generatore fv con le sue peculiarità elettriche e di tensione, questo può diventare un compito difficile da risolvere. Anche l’impiego alternativo di dispositivi di sovracorrente disposti in serie agli spd è destinato a fallire a causa della corrente di corto circuito non definibile nel punto di installazione al momento del danno.

Nel 2007 è stato introdotto sul mercato un spd con un dispositivo di sezionamento e corto circuito combinato e così, per la prima volta, un limitatore da sovratensioni adeguato fin dall’inizio alle peculiarità degli impianti fv. Mediante un dispositivo di messa in cortocircuito inserito parallelamente al ramo di protezione da sovratensione, è stato definitivamente risolto l’innesco di archi in corrente continua, che si formano durante l’apertura di un dispositivo di sezionamento a effetto termico convenzionale.
Questo apparecchio associa per la prima volta le esigenze di protezione contro le sovratensioni a quelle di protezione dagli incendi.

Applicazione sicura di spd
In questo modo si sono risolti tutti i problemi riguardanti le sovratensioni e la sicurezza antincendio. Ma solo poco tempo dopo aver iniziato ad usare il limitatore, si è scoperto che esistono peculiarità di applicazione che pongono delle difficoltà all’installatore nell’uso dell’spd. La sostituzione di un limitatore sovraccaricato, per esempio, presuppone la conoscenza degli speciali circuiti interni dell’apparecchio di protezione. Se l’installatore smonta un limitatore cortocircuitato senza prima aver messo fuori tensione l’impianto fv, sussiste un pericolo acuto di formazione di un arco voltaico. Questa peculiarità è segnalata da dettagliati avvisi di sicurezza sull’spd e nelle istruzioni di montaggio, nonché dalle coperture meccaniche dei morsetti degli apparecchi. Nella pratica spegnere l’impianto fv nel punto d’installazione degli spd non è un compito facile. Si è dunque giunti alla conclusione che anche questa generazione di spd era solo una soluzione ad interim.
Con lo sviluppo del limitatore di sovratensione Dehnguard M Ypv Sci … (FM) Dehn è riuscita a integrare in un solo apparecchio le esperienze degli ultimi tre decenni. Per ridurre la probabilità di guasto del limitatore è stato incorporato un circuito di protezione a Y resistente ai guasti composto da tre rami di protezione a varistore, a cui è stato aggiunto un dispositivo di sezionamento e corto circuito combinato con i suoi validi risultati.
Per garantire l’interruzione in caso di guasto, nel ramo del corto circuito è stato inserito un ulteriore fusibile dimensionato specificatamente per gli impianti fv. Questo consente all’utente di togliere e sostituire un ramo di sicurezza sovraccaricato senza l’ausilio di attrezzatura speciale in assenza di corrente elettrica, evitando così l’innesco di archi. La figura 5 mostra le fasi di commutazione del dispositivo di controllo per la corrente continua a tre gradini nel Dehnguard M Ypv Sci … (FM).

Con questo prodotto è stato raggiunto l’obiettivo di fondere un’efficace protezione contro le sovratensioni per gli impianti fv con la sicurezza delle persone e la prevenzione antincendio.
Il futuro mostrerà quali tecnologie si svilupperanno ancora nel settore fv. Ma un punto sembra certo: tutte le misure di protezione, inclusi gli spd, devono essere costantemente adeguate ai cambiamenti nel relativo campo d’applicazione. A tal fine è necessaria una continua collaborazione tra tutti gli attori del settore fv, ma sono richiesti anche coraggio e disponibilità per approcci nuovi e non convenzionali quando si tratta di trovare delle soluzioni ai problemi. In un settore così innovativo come quello del fotovoltaico non si può partire dal presupposto che tutti gli interessi tecnici siano regolamentati nelle norme di prodotto o d’applicazione rilevanti. Nascondersi dietro la scusa di non sapere sarebbe molto più di un atto irresponsabile.

(fonte www.elettricoplus.it)