COME PROTEGGERE IL TUO IMPIANTO SOLARE DAI FULMINI

I fulmini sono una causa comune di guasti negli impianti fotovoltaici (FV) ed eolici. Un fulmine che colpisce a grande distanza dall'impianto, o persino tra le nuvole, può causare una sovratensione dannosa. Tuttavia, la maggior parte dei danni causati dai fulmini è prevenibile. Ecco alcune delle tecniche più convenienti, generalmente accettate dagli installatori di impianti elettrici, basate su decenni di esperienza. Seguendo questi consigli, avrete ottime probabilità di evitare danni da fulmini al vostro impianto di energia rinnovabile (ER).

Mettiti con i piedi per terra

La messa a terra è la tecnica più fondamentale per la protezione dai danni causati dai fulmini. Non è possibile arrestare una sovratensione dovuta a fulmini, ma è possibile fornirle un percorso diretto verso terra che bypassi le apparecchiature di valore e scarichi in modo sicuro la sovratensione nel terreno. Un percorso elettrico verso terra scaricherà costantemente l'elettricità statica che si accumula in una struttura fuori terra. Spesso, questo impedisce in primo luogo l'attrazione dei fulmini.

I parafulmini e i limitatori di sovratensione sono progettati per proteggere le apparecchiature elettroniche assorbendo le sovratensioni. Tuttavia, questi dispositivi non sostituiscono una buona messa a terra. Funzionano solo in combinazione con una messa a terra efficace. Il sistema di messa a terra è una parte importante dell'infrastruttura di cablaggio. Installarlo prima o durante l'installazione del cablaggio di alimentazione. In caso contrario, una volta che il sistema è funzionante, questo componente importante potrebbe non essere mai spuntato dalla lista delle cose da fare.

Il primo passo nella messa a terra consiste nel realizzare un percorso di scarico a terra collegando (interconnettendo) tutti i componenti strutturali metallici e gli involucri elettrici, come i telai dei moduli fotovoltaici, i rack di montaggio e le torri dei generatori eolici. Il National Electrical Code (NEC), Articoli 250 e Articoli da 690.41 a 690.47, specifica le dimensioni, i materiali e le tecniche dei cavi conformi al codice. Evitare curve strette nei cavi di terra: le sovratensioni ad alta corrente non amano piegarsi negli angoli stretti e possono facilmente raggiungere i cavi vicini. Prestare particolare attenzione ai collegamenti dei cavi in ​​rame agli elementi strutturali in alluminio (in particolare i telai dei moduli fotovoltaici). Utilizzare connettori etichettati "AL/CU" e dispositivi di fissaggio in acciaio inossidabile, che riducono il rischio di corrosione. Anche i cavi di terra dei circuiti CC e CA saranno collegati a questo sistema di messa a terra. (Per ulteriori informazioni, consultare gli articoli di Code Corner sulla messa a terra dei pannelli fotovoltaici in HP102 e HP103).

Picchetti di terra

L'aspetto più debole di molte installazioni è il collegamento alla terra stessa. Dopotutto, non si può semplicemente avvitare un filo al pianeta! Bisogna invece interrare o martellare nel terreno una barra di metallo conduttivo e non corrosivo (generalmente rame), assicurandosi che la maggior parte della sua superficie sia a contatto con un terreno conduttivo (ovvero umido). In questo modo, quando si verifica un'elettricità statica o una sovratensione, gli elettroni possono scaricarsi nel terreno con una resistenza minima.

In modo simile a come un campo di scarico dissipa l'acqua, la messa a terra agisce dissipando gli elettroni. Se un tubo di scarico non scarica adeguatamente nel terreno, si verificano dei ristagni. Quando gli elettroni si accumulano, saltano l'intervallo (formando un arco elettrico) raggiungendo il cablaggio elettrico, passando attraverso le apparecchiature e solo allora raggiungendo la terra.

Per evitare questo problema, installare uno o più picchetti di terra rivestiti in rame lunghi 2,4 m e con un diametro di 16 mm, preferibilmente in terreno umido. Un singolo picchetto di solito non è sufficiente, soprattutto in terreni asciutti. Nelle aree in cui il terreno diventa estremamente secco, installare diversi picchetti, distanziandoli di almeno 3 m e collegandoli tra loro con filo di rame nudo, interrato. Un approccio alternativo consiste nell'interrare un filo di rame nudo n. 6 (13 mm²), doppio n. 8 (8 mm²) o di sezione maggiore in una trincea lunga almeno 30 m. (Il filo di terra in rame nudo può anche essere fatto passare lungo il fondo di una trincea che trasporta tubi dell'acqua o delle fognature, o altri cavi elettrici). In alternativa, tagliare il filo di terra a metà e distribuirlo in due direzioni. Collegare un'estremità di ciascun filo interrato al sistema di messa a terra.

Cerca di instradare parte del sistema in zone più umide, come dove si scarica un tetto o dove si devono annaffiare le piante. Se nelle vicinanze è presente una struttura in acciaio per pozzi, puoi usarla come picchetto di terra (realizzando un robusto collegamento bullonato alla struttura).

In climi umidi, le basi in cemento di un array montato a terra o su palo, o di una torre eolica, o i picchetti di terra rivestiti in cemento non forniranno una messa a terra ideale. In questi luoghi, il cemento sarà in genere meno conduttivo del terreno umido che circonda le basi. In questo caso, installate un picchetto di terra nel terreno accanto al cemento alla base di un array, o alla base della torre eolica, e in corrispondenza di ogni ancoraggio dei tiranti, quindi collegateli tutti insieme con filo nudo interrato.

Nei climi secchi o aridi, spesso accade il contrario: le fondazioni in calcestruzzo possono avere un contenuto di umidità più elevato rispetto al terreno circostante e offrire un'opportunità economica per la messa a terra. Se si devono annegare nel calcestruzzo barre d'armatura lunghe 6 metri (o più), le barre stesse possono fungere da picchetto di terra. (Nota: questa operazione deve essere pianificata prima del getto di calcestruzzo). Questo metodo di messa a terra è comune in luoghi asciutti ed è descritto nel NEC, Articolo 250.52 (A3), "Elettrodo rivestito in calcestruzzo".

In caso di dubbi sul metodo di messa a terra più adatto alla propria ubicazione, consultare l'ispettore elettrico durante la fase di progettazione dell'impianto. La messa a terra non è mai troppa. In un luogo asciutto, sfruttare ogni opportunità per installare picchetti di terra ridondanti, cavi interrati, ecc. Per evitare la corrosione, utilizzare solo accessori approvati per i collegamenti ai picchetti di terra. Utilizzare bulloni in rame per giuntare i cavi di terra in modo affidabile.

Messa a terra dei circuiti di alimentazione

Per il cablaggio degli edifici, il NEC richiede che un lato di un sistema di alimentazione CC sia collegato a terra, o "collegato a massa". Anche la parte CA di tale sistema deve essere collegata a terra secondo il metodo convenzionale di qualsiasi sistema connesso alla rete. (Questo è vero negli Stati Uniti. In altri paesi, i circuiti di alimentazione senza messa a terra sono la norma.) La messa a terra del sistema di alimentazione è obbligatoria per un moderno impianto domestico negli Stati Uniti. È essenziale che il negativo CC e il neutro CA siano collegati a terra in un solo punto dei rispettivi sistemi, ed entrambi allo stesso punto del sistema di messa a terra. Questa operazione viene eseguita presso il quadro elettrico centrale.

I produttori di alcuni sistemi autonomi monouso (come pompe solari e ripetitori radio) raccomandano di non collegare a terra il circuito di alimentazione. Consultare le istruzioni del produttore per raccomandazioni specifiche.

Cablaggio array e tecnica del "doppino intrecciato"

Il cablaggio dell'array dovrebbe utilizzare cavi di lunghezza minima, infilati nella struttura metallica. I cavi positivo e negativo dovrebbero essere di uguale lunghezza e, ove possibile, essere posati insieme. Ciò ridurrà al minimo l'induzione di tensioni eccessive tra i conduttori. Anche le condutture metalliche (con messa a terra) aggiungono un ulteriore livello di protezione. Interrare i cavi lunghi all'esterno invece di farli passare in alto. Un cavo lungo 30 metri o più è come un'antenna: riceverà sovratensioni anche da fulmini tra le nuvole. Sovratensioni simili possono verificarsi anche se i cavi sono interrati, ma la maggior parte degli installatori concorda sul fatto che i cavi di trasmissione interrati limitano ulteriormente la possibilità di danni da fulmini.

Una semplice strategia per ridurre la suscettibilità alle sovratensioni è la tecnica del "doppino intrecciato", che aiuta a equalizzare e annullare le tensioni indotte tra due o più conduttori. Può essere difficile trovare un cavo di alimentazione adatto che sia già intrecciato, quindi ecco cosa fare: stendere una coppia di cavi di alimentazione lungo il terreno. Inserire un bastoncino tra i cavi e intrecciarli insieme. Ogni 10 metri, alternare la direzione. (Questo è molto più semplice che cercare di intrecciare l'intera lunghezza in una sola direzione.) A volte è possibile utilizzare anche un trapano elettrico per intrecciare i cavi, a seconda delle dimensioni del filo. Basta fissare le estremità del cavo nel mandrino del trapano e lasciare che il trapano attorcigli i cavi insieme. Assicurarsi di far funzionare il trapano alla minima velocità possibile se si prova questa tecnica.

Il filo di terra non deve essere attorcigliato con i cavi di alimentazione. Per i percorsi interrati, utilizzare filo di rame nudo; se si utilizza una canalina, far passare il filo di terra all'esterno della canalina. Il contatto di terra aggiuntivo migliorerà la messa a terra del sistema.

Utilizzare un cavo a doppino intrecciato per qualsiasi cavo di comunicazione o di controllo (ad esempio, un cavo per un interruttore a galleggiante per lo spegnimento del serbatoio pieno di una pompa solare). Questo cavo di calibro più piccolo è facilmente reperibile in cavi pre-intrecciati, a coppie multiple o singole. È anche possibile acquistare un cavo a doppino intrecciato schermato, che presenta una lamina metallica che circonda i fili intrecciati e, in genere, anche un filo di "drain" nudo separato. Collegare a terra la schermatura del cavo e il filo di drenaggio a una sola estremità, per eliminare la possibilità di creare un loop di terra (un percorso meno diretto verso terra) nel cablaggio.

Protezione aggiuntiva contro i fulmini

Oltre a misure di messa a terra estese, si consigliano dispositivi specializzati di protezione contro le sovratensioni e (eventualmente) parafulmini per i siti che presentano una delle seguenti condizioni:
• Posizione isolata su un terreno elevato in un'area con forti fulmini
• Terreno secco, roccioso o comunque scarsamente conduttivo
• I cavi sono più lunghi di 100 piedi (30 m)

Scaricatori di fulmini

Gli scaricatori di sovratensione (parafulmini) sono progettati per assorbire i picchi di tensione causati da temporali (o da una rete elettrica fuori specifica) e consentono alla sovratensione di bypassare efficacemente i cavi di alimentazione e le apparecchiature. I dispositivi di protezione da sovratensione devono essere installati a entrambe le estremità di qualsiasi lungo tratto di cavo collegato a qualsiasi parte del sistema, comprese le linee CA di un inverter. Gli scaricatori sono realizzati per diverse tensioni, sia CA che CC. Assicuratevi di utilizzare gli scaricatori appropriati per la vostra applicazione. Molti installatori di sistemi utilizzano abitualmente gli scaricatori di sovratensione Delta, che sono economici e offrono una certa protezione in caso di rischio moderato di fulmini, ma queste unità non sono più certificate UL.

Gli scaricatori PolyPhaser e Transtector sono prodotti di alta qualità per siti soggetti a fulmini e installazioni di grandi dimensioni. Queste unità resistenti offrono una protezione robusta e compatibilità con un'ampia gamma di tensioni di sistema. Alcuni dispositivi sono dotati di indicatori per visualizzare le modalità di guasto.

Parafulmini

I "parafulmini" sono dispositivi di scarica elettrostatica installati sopra edifici e impianti solari, e collegati a terra. Servono a prevenire l'accumulo di carica elettrostatica e la conseguente ionizzazione dell'atmosfera circostante. Possono contribuire a prevenire un fulmine e, in caso di fulmine, possono fornire un percorso per correnti molto elevate verso terra. I dispositivi moderni hanno la forma di una punta, spesso con più punte.

I parafulmini vengono in genere utilizzati solo in siti soggetti a temporali estremi. Se ritieni che il tuo sito rientri in questa categoria, affidati a un installatore esperto in protezione contro i fulmini. Se l'installatore del tuo impianto non è qualificato, valuta la possibilità di consultare uno specialista in protezione contro i fulmini prima dell'installazione. Se possibile, scegli un installatore fotovoltaico certificato dal North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (vedi Access). Sebbene questa certificazione non sia specifica per la protezione contro i fulmini, può essere indicativa del livello di competenza generale di un installatore.

Lontano dagli occhi, non lontano dal cuore

Molti lavori di protezione contro i fulmini vengono eseguiti sottoterra e fuori dalla vista. Per garantire che vengano eseguiti correttamente, è opportuno includerli nei contratti con l'installatore dell'impianto, l'elettricista, l'escavatore, l'idraulico, il trivellatore di pozzi o chiunque si occupi dei lavori di scavo che includeranno il sistema di messa a terra.