I fulmini sono una causa comune di guasti nei sistemi fotovoltaici (PV) ed eolici. Un'ondata dannosa può verificarsi a causa di un fulmine che colpisce a lunga distanza dal sistema o anche tra le nuvole. Ma la maggior parte dei danni causati dai fulmini è prevenibile. Ecco alcune delle tecniche più convenienti generalmente accettate dagli installatori di sistemi di alimentazione, basate su decenni di esperienza. Segui questo consiglio e avrai ottime possibilità di evitare danni da fulmine al tuo sistema di energia rinnovabile (RE).
Mettiti a terra
La messa a terra è la tecnica fondamentale per la protezione contro i danni da fulmini. Non puoi fermare un fulmine, ma puoi fornirgli un percorso diretto verso terra che aggiri la tua preziosa attrezzatura e scarichi in modo sicuro l'ondata nella terra. 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 dispositivi di protezione da sovratensione sono progettati per proteggere le apparecchiature elettroniche assorbendo le sovratensioni elettriche. 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 della tua infrastruttura di cablaggio. Installarlo prima o mentre viene installato il cablaggio di alimentazione. Altrimenti, una volta che il sistema funziona, questo importante componente potrebbe non essere mai spuntato nell'elenco delle "cose da fare".
Il primo passo nella messa a terra consiste nel costruire 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), l'articolo 250 e gli articoli da 690.41 a 690.47 specificano dimensioni, materiali e tecniche dei cavi conformi al codice. Evita curve strette nei cavi di terra: i picchi di corrente elevati non amano girare negli angoli stretti e possono facilmente passare ai cavi vicini. Prestare particolare attenzione ai collegamenti del filo di rame agli elementi strutturali in alluminio (in particolare ai telai dei moduli fotovoltaici). Utilizzare connettori etichettati "AL/CU" e dispositivi di fissaggio in acciaio inossidabile, che riducono il rischio di corrosione. Anche i fili di terra dei circuiti CC e CA saranno collegati a questo sistema di messa a terra. (Per ulteriori consigli, fare riferimento agli articoli Code Corner sulla messa a terra degli array fotovoltaici in HP102 e HP103.)
Aste di terra
L'aspetto più debole di molte installazioni è il collegamento con la terra stessa. Dopotutto, non puoi semplicemente collegare un cavo al pianeta! Invece, devi seppellire o martellare un'asta di metallo conduttivo e non corrosivo (generalmente rame) nel terreno e assicurarti che la maggior parte della sua superficie sia a contatto con il terreno conduttivo (ovvero umido). In questo modo, quando lungo la linea arriva l’elettricità statica o una sovratensione, gli elettroni possono defluire nel terreno con una resistenza minima.
In modo simile a come un campo di drenaggio dissipa l’acqua, la messa a terra agisce per dissipare gli elettroni. Se un tubo di scarico non scarica adeguatamente nel terreno, si verificano dei ristagni. Quando gli elettroni risalgono, saltano il divario (formando un arco elettrico) verso il cablaggio di alimentazione, attraverso l'apparecchiatura e solo successivamente a terra.
Per evitare ciò, installare uno o più picchetti di terra placcati in rame lunghi 8 piedi (2,4 m) e 5/8 pollici (16 mm), preferibilmente su terreno umido. Una sola canna solitamente non è sufficiente, soprattutto su terreni asciutti. Nelle aree in cui il terreno diventa estremamente secco, installa diverse aste, distanziandole di almeno 3 metri l'una dall'altra e collegandole insieme con filo di rame nudo, interrato. Un approccio alternativo consiste nell'interrare il filo di rame nudo n. 6 (13 mm2), doppio n. 8 (8 mm2) o più grande in una trincea lunga almeno 30 m (100 piedi). (Il filo di terra in rame nudo può anche essere fatto passare lungo il fondo di una trincea che trasporta tubi dell'acqua o fognari o altri cavi elettrici.) Oppure tagliare il filo di terra a metà e allargarlo in due direzioni. Collegare un'estremità di ciascun cavo interrato al sistema di messa a terra.
Prova a instradare parte del sistema in aree più umide, come dove il tetto drena o dove devono essere annaffiate le piante. Se nelle vicinanze è presente un involucro in acciaio, è possibile utilizzarlo come picchetto di terra (creare un collegamento forte e bullonato all'involucro).
Nei climi umidi, i piedini in cemento di un impianto montato a terra o su palo, o di una torre di un generatore eolico, o i picchetti di terra racchiusi nel cemento non forniranno una messa a terra ideale. In questi luoghi, il calcestruzzo sarà generalmente meno conduttivo del terreno umido che circonda le fondamenta. Se questo è il caso, installa un picchetto di terra nella terra vicino al cemento alla base di un impianto, o alla base della torre del generatore eolico e su ciascun ancoraggio del filo, quindi collegali tutti insieme con filo scoperto e interrato.
Nei climi secchi o aridi, spesso è vero il contrario: le basi in cemento possono avere un contenuto di umidità più elevato rispetto al terreno circostante e offrire un’opportunità economica per la messa a terra. Se un'armatura lunga 20 piedi (o più) deve essere incorporata nel cemento, l'armatura stessa può fungere da picchetto di terra. (Nota: questo deve essere pianificato prima che il calcestruzzo venga versato.) Questo metodo di messa a terra è comune in luoghi asciutti ed è descritto nel NEC, articolo 250.52 (A3), "Elettrodo rivestito in cemento".
Se non sei sicuro del metodo di messa a terra migliore per la tua posizione, parla con il tuo ispettore elettrico durante la fase di progettazione del tuo sistema. Non puoi avere troppe radici. In un luogo asciutto, sfruttare ogni opportunità per installare picchetti di terra ridondanti, cavi interrati, ecc. Per evitare la corrosione, utilizzare solo hardware approvato per effettuare i collegamenti ai picchetti di terra. Utilizzare bulloni divisi 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, o “collegato”, a terra. Anche la parte CA di un tale sistema deve essere messa a terra nel modo convenzionale di qualsiasi sistema connesso alla rete. (Questo è vero negli Stati Uniti. In altri paesi, i circuiti elettrici senza messa a terra sono la norma.) La messa a terra del sistema di alimentazione è necessaria per un moderno sistema domestico negli Stati Uniti. È essenziale che il negativo CC e il neutro CA siano collegati a terra in un solo punto nei rispettivi sistemi ed entrambi nello stesso punto nel sistema di messa a terra. Questo viene fatto sul pannello di alimentazione centrale.
I produttori di alcuni sistemi monouso e autonomi (come le pompe solari per l'acqua e i ripetitori radio) consigliano di non mettere a terra il circuito di alimentazione. Fare riferimento alle istruzioni del produttore per raccomandazioni specifiche.
Cablaggio di array e tecnica "Twisted Pair".
Il cablaggio dell'array deve utilizzare cavi di lunghezza minima, infilati nella struttura metallica. I cavi positivo e negativo devono avere la stessa lunghezza e, quando possibile, essere collegati insieme. Ciò ridurrà al minimo l'induzione di tensione eccessiva tra i conduttori. Anche il condotto metallico (messo a terra) aggiunge uno strato di protezione. Seppellisci i lunghi cavi esterni invece di farli passare sopra la testa. Un cavo lungo 30 metri o più è come un'antenna: riceve picchi anche dai fulmini tra le nuvole. Simili sovratensioni 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 strategia semplice per ridurre la suscettibilità alle sovratensioni è la tecnica del “doppino intrecciato”, che aiuta a equalizzare e annullare eventuali tensioni indotte tra due o più conduttori. Può essere difficile trovare un cavo di alimentazione adatto che sia già attorcigliato, quindi ecco cosa fare: stendere una coppia di cavi di alimentazione lungo il terreno. Inserisci un bastoncino tra i fili e attorcigliali insieme. Ogni 30 piedi (10 m), alternare la direzione. (Questo è molto più semplice che provare a torcere l'intera distanza in una direzione.) A volte è possibile utilizzare un trapano elettrico anche per torcere il cablaggio, a seconda delle dimensioni del cavo. Basta fissare le estremità del cablaggio nel mandrino del trapano e lasciare che l'azione del trapano attorcigli i cavi. Assicurati di eseguire il trapano alla velocità più bassa possibile se provi questa tecnica.
Non è necessario che il cavo di terra sia attorcigliato con i cavi di alimentazione. Per i percorsi interrati, utilizzare filo di rame nudo; se si utilizza un condotto, far passare il filo di terra all'esterno del condotto. Il contatto di terra aggiuntivo migliorerà la messa a terra del sistema.
Utilizzare un cavo a doppino intrecciato per eventuali cavi di comunicazione o controllo (ad esempio, un cavo con interruttore a galleggiante per l'arresto del serbatoio pieno di una pompa dell'acqua solare). Questo filo di diametro inferiore è facilmente disponibile in cavi pre-intrecciati, multipli o a coppia singola. È inoltre possibile acquistare un cavo a doppino intrecciato schermato, che ha una lamina metallica che circonda i fili intrecciati e in genere anche un filo di "drain" nudo e separato. Mettere a terra la schermatura del cavo e il filo di terra solo a un'estremità, per eliminare la possibilità di creare un circuito di terra (percorso meno diretto verso terra) nel cablaggio.
Protezione aggiuntiva contro i fulmini
Oltre a misure di messa a terra approfondite, si consigliano dispositivi di protezione contro le sovratensioni specializzati e (possibilmente) parafulmini per i siti che presentano una delle seguenti condizioni:
• Posizione isolata su un'altura in un'area con forti fulmini
• Terreno asciutto, roccioso o altrimenti scarsamente conduttivo
• Il cavo è più lungo di 100 piedi (30 m)
Parafulmini
I parafulmini (sovratensioni) sono progettati per assorbire i picchi di tensione causati da temporali elettrici (o alimentazione di rete non conforme alle specifiche) e consentono efficacemente alla sovratensione di bypassare il cablaggio di alimentazione e l'apparecchiatura. I dispositivi di protezione da sovratensione devono essere installati su entrambe le estremità di qualsiasi cavo lungo collegato a qualsiasi parte del sistema, comprese le linee CA provenienti da un inverter. Gli scaricatori sono realizzati per varie tensioni sia CA che CC. Assicurarsi di utilizzare gli ammortizzatori appropriati per la propria applicazione. Molti installatori di sistemi utilizzano abitualmente i limitatori di sovratensione Delta, che sono economici e offrono una certa protezione laddove la minaccia di fulmini è moderata, ma queste unità non sono più elencate UL.
Gli scaricatori PolyPhaser e Transtector sono prodotti di alta qualità per siti soggetti a fulmini e installazioni di grandi dimensioni. Queste unità durevoli offrono una protezione robusta e compatibilità con un'ampia varietà di tensioni di sistema. Alcuni dispositivi dispongono di indicatori per visualizzare le modalità di guasto.
Parafulmini
I “parafulmini” sono dispositivi a scarica statica posizionati sopra gli edifici e i pannelli solari elettrici e collegati a terra. Hanno lo scopo di prevenire l'accumulo di carica statica e l'eventuale ionizzazione dell'atmosfera circostante. Possono aiutare a prevenire uno sciopero e possono fornire un percorso per una corrente molto elevata verso terra se si verifica uno sciopero. I dispositivi moderni sono a forma di punta, spesso con più punti.
I pali luminosi vengono generalmente utilizzati solo in siti soggetti a tempeste elettriche estreme. Se ritieni che il tuo sito rientri in questa categoria, assumi un appaltatore con esperienza nella protezione dai fulmini. Se l'installatore del tuo sistema non è qualificato, valuta la possibilità di consultare uno specialista in protezione contro i fulmini prima di installare il sistema. Se possibile, seleziona un installatore fotovoltaico certificato dal North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (vedi Accesso). Sebbene questa certificazione non sia specifica per la protezione contro i fulmini, può essere un'indicazione del livello di competenza generale di un installatore.
Lontano dagli occhi, non lontano dalla mente
Molti lavori di protezione contro i fulmini sono sepolti e nascosti alla vista. Per garantire che venga eseguito correttamente, scrivilo nei tuoi contratti con l'installatore del sistema, l'elettricista, l'escavatore, l'idraulico, il perforatore di pozzi o chiunque stia eseguendo lavori di sterro che conterranno il tuo sistema di messa a terra.
Orario di pubblicazione: 10 agosto 2020