Capitolo 9.19

9
19
Protezione contro fulmini e
sovratensioni per impianti
fotovoltaici a terra
Con una capacità installata che
distanza di isolamento
aumenta di alcuni gigawatt all'anil raggio della sfera
s
angolo di
asta di
rotolante dipende
no, le centrali fotovoltaiche a terra
captazione protezione
dalla classe LPS
stanno diventando parte integrante delle moderne reti elettriche in
molti paesi. Oggi vengono installati
grandi impianti con una capacità di
100 MW o superiore, direttamente
collegati alla rete elettrica di media
e alta tensione. Come parte integrante di un sistema di alimentaFigura 9.19.1 Confronto tra il metodo della sfera rotolante e il metodo dell'angolo di protezione per la
zione, i sistemi fotovoltaici devono
determinazione del volume protetto
assicurare un funzionamento cobasati, per esempio, sui recenti regolamenti delle reti elettristante della rete. Inoltre, le possibili perdite di produzione influenzano negativamente il rapporto annuale sulle prestazioni
che. Nelle loro analisi di due diligence ("adeguata verifica"),
degli impianti e vengono registrate dal sistema di monitoragbanche e compagnie di assicurazione spesso richiedono l'agio della resa. Di conseguenza, l'entità degli investimenti e una
dozione di misure di protezione contro i fulmini. Le linee guidurata minima di 20 anni, richiedono la valutazione del rischio
da tedesche VdS 2010, pubblicate dell'associazione generale
derivante da un fulmine e l'adozione di misure di protezione.
tedesca del settore assicurativo (GDV), richiedono adeguate
misure di protezione contro i fulmini (orientate al rischio di
Rischio di fulmine per strutture quali impianti fotofulminazione e alla protezione contro le sovratensioni, classe
voltaici
LPS III) per i sistemi fotovoltaici > 10 kW su strutture dotate
C'è un collegamento tra la radiazione solare, l'umidità dell'adi impianti di alimentazione alternativi a energie rinnovabili.
ria e la frequenza delle scariche elettriche atmosferiche. Le
Il rischio derivante da un fulmine va valutato secondo la norregioni soggette a un elevato irraggiamento solare insieme a
ma CEI EN 62305-2 (CEI 81-10/2) e i risultati di questa analisi
un'umidità dell'aria elevata sono più soggette ai fulmini. La
dei rischi vanno tenuti in considerazione in fase di progettafrequenza dei fulmini nelle diverse regioni (fulmini per chilozione. A questo scopo, DEHN + SÖHNE propone il software
metro quadrato all'anno), nonché la posizione e le dimensioni
DEHNsupport. L'analisi dei rischi effettuata per mezzo di
dell'impianto fotovoltaico, costituiscono la base per il calcolo
questo software garantisce un concetto di protezione contro
delle probabilità che l'impianto sia colpito da fulmini. I sistemi
i fulmini tecnicamente ed economicamente ottimizzato, comfotovoltaici sono esposti a condizioni meteorologiche locali,
prensibile da tutte le parti coinvolte, in grado di offrire la procome i temporali, per decenni.
tezione necessaria a costi ragionevoli.
Necessità di un sistema di protezione contro i
fulmini
I danni ai sistemi fotovoltaici sono causati dagli effetti distruttivi dei fulmini e dalle tensioni provocate dall'accoppiamento
induttivo o capacitivo causato dal campo elettromagnetico
dei fulmini stessi. Inoltre, i picchi di tensione derivanti dalle
operazioni di commutazione del circuito in c.a. a monte può
causare danni ai moduli fotovoltaici, agli inverter, alle centraline di carica, al loro impianto di monitoraggio e ai sistemi di
comunicazione.
I danni economici provocano spese di riparazione e sostituzione, perdite di resa e costi per l'utilizzo della riserva di energia
della centrale. Gli impulsi della corrente di fulmine possono
anche provocare un invecchiamento prematuro dei diodi di bypass, dei semiconduttori di potenza e dei circuiti di ingresso e
di uscita dei sistemi informatici, che porta ad un aumento dei
costi di riparazione.
Inoltre, i gestori delle reti impongono dei requisiti sulla disponibilità dell'energia prodotta. In Germania questi requisiti sono
384 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
Misure di protezione contro le interferenze da
fulmine per impianti fotovoltaici
Per garantire una protezione efficace occorre un sistema di
protezione antifulmine con elementi perfettamente coordinati
(impianti di captazione, impianto di terra, equipotenzialità antifulmine, dispositivi di protezione contro le sovratensioni per
impianti di alimentazione e sistemi dati).
Impianto di captazione e calate
Per evitare fulmini diretti agli impianti elettrici di un generatore fotovoltaico, tali impianti vanno installati nel volume
protetto dei sistemi di captazione. La progettazione secondo le linee guida tedesche VdS 2010 è basata sulla classe di
protezione LPS III. Secondo questa classe di protezione LPS,
per determinare il numero delle aste di captazione è possibile
utilizzare il metodo della sfera rotolante (Figura 9.19.1) secondo la norma CEI EN 62305-3 (CEI 81-10/3). Queste aste di
captazione formano un volume protetto che copre edifici ope-
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Schiera di pannelli fotovoltaici
Asta di captazione
Impianto di messa a terra (dimensione
Scatola di derivazione
maglia da 20 m x 20 m a 40 m x 40 m)
del generatore
Barra equipotenziale
Edificio operativo
principale
Figura 9.19.3 Impianto di messa a terra secondo IEC 62305-3 (EN
62305-3)
Figura 9.19.2 Protezione contro i fulmini mediante distanziatori
DEHNiso
rativi, contenitori modulari e cavi. A causa dell'accoppiamento
induttivo delle interferenze, si consiglia di installare le scatole
di derivazione del generatore montate su contenitori modulari e gli inverter nel modo più decentrato possibile rispetto
al sistema di captazione. Gli alti tralicci dei sistemi TVCC fungono anch'essi da sistemi di captazione. Anche l'impianto
TVCC deve essere montato all'interno del volume protetto dal
traliccio. I conduttori di questi impianti di captazione devono
essere collegati ai capicorda dell'impianto di terra. I capicorda
devono essere resistenti alla corrosione (acciaio inossidabile
V4A come ad esempio AISI/ASTM 316 Ti) a causa del rischio
di corrosione nel punto di uscita dal terreno o calcestruzzo. I
capicorda in acciaio zincato devono essere protetti con misure
adeguate, ad es. nastri Denso o manicotti termoretraibili.
Per fissare meccanicamente gli impianti di captazione, questi
vengono spesso collegati ai contenitori modulari. A tal fine si
possono utilizzare i distanziatori DEHNiso (Figura 9.19.2). Gli
impianti di captazione possono essere collegati all'impianto di
terra attraverso le fondazioni a pali, facilitando in tal modo la
manutenzione dei locali nei tempi successivi.
Impianto di terra
Un impianto di terra (Figura 9.19.3) costituisce la base per
la realizzazione di un'efficace protezione contro sovratensioni
e fulmini negli impianti fotovoltaici. Nell'allegato D dell'Integrazione 5 della norma tedesca DIN EN 62305-3, è consigliata una resistenza di terra RA inferiore a 10 Ω per gli impianti
di messa a terra. Una maglia di filo di acciaio inossidabile da
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10 mm (da 20 m x 20 m a 40 m x 40 m) posta sotto la linea
di gelo è resistente e ha dimostrato la sua validità nella pratica. I contenitori modulari metallici possono essere utilizzati
come parte della maglia se hanno una conduttanza minima
conforme alla norma CEI EN 62305-3 (CEI 81-10/3). L'Integrazione 5 della norma tedesca DIN EN 62305-3 raccomanda
l'interconnessione dei contenitori modulari metallici. La rete
a maglie viene spesso installata seguendo le trincee dei cavi
esistenti e dovrebbe essere chiusa. Bisogna rispettare le norme CEI EN 61936-1 (CEI 99-2) e CEI EN 50522 (CEI 99-3), soprattutto per la messa a terra dei sistemi di captazione degli
edifici operativi. Gli impianti di messa a terra dei generatori FV
e degli edifici vanno collegati tra loro per mezzo di un nastro
(30 mm x 3,5 mm) o un filo tondo (Ø 10 mm) di acciaio inossidabile (V4A), ad esempio AISI/ASTM 316 Ti, o di rame o di
acciaio zincato. Questa interconnessione dei singoli impianti di
messa a terra riduce la resistenza di terra totale. Grazie all'interconnessione degli impianti di terra si realizza una superficie
equipotenziale che riduce notevolmente la tensione sulle linee
di collegamento elettrico in caso interferenza da fulmine tra i
gruppi FV e gli edifici operativi. Per mantenere stabile la resistenza di terra per molti anni di funzionamento di un impianto
FV, vanno presi in considerazione gli effetti della corrosione,
dell'umidità del suolo e del gelo. La lunghezza effettiva del
dispersore è data solo dalla parte che si trova al di sotto della
linea di congelamento. Le maglie devono essere collegate tra
loro tramite componenti collaudati per una corrente di fulmine
adeguata. I supporti metallici dei moduli fotovoltaici devono
essere collegati tra loro e con l'impianto di messa a terra. Le
fondazioni a pali o a viti possono essere utilizzate come dispersori (Figura 9.19.4) se hanno il materiale e lo spessore della parete indicati nella tabella 7 della norma CEI EN 62305-3
(CEI 81-10/3). Per i componenti interconnessi in grado di resistere alle correnti di fulmine, si può aggiungere la lunghezza
GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 385
sistema di
captazione
fondazione su palo
collegamento
che trasporta la
corrente di
fulmine
sistema di
captazione
fondazione a viti
collegamento
che trasporta la
corrente di
fulmine
Figura 9.19.4 Fondazione a pali e a viti dotate di collegamento in grado di trasportare la corrente di fulmine tra captatori e dispersori
esterna, la corrente di fulmine non dovrebbe essere iniettata
nella linea. Se il collegamento alla rete di distribuzione (DNO)
avviene a bassa tensione, il punto di collegamento viene a sua
volta collegato alla barra di messa a terra principale (MEB)
attraverso degli scaricatori Tipo 1 (ad es. DEHNventil) in quanto sono presenti delle correnti parziali di fulmine. Lo stesso
vale per l'ingresso dei cavi per le telecomunicazioni, che richiedono l'installazione di scaricatori Tipo 1, come BLITZDUTOR o
DEHNbox (Figura 9.19.6).
Figura 9.19.5 Morsetto a sella UNI
minima richiesta di 2,5 m sotto la linea di congelamento. Ogni
gruppo FV va interconnesso in modo da poter trasportare le
correnti di fulmine, ad esempio per mezzo di un filo in acciaio
inossidabile da 10 mm (ad esempio AISI/ASTM 316 Ti) e un
morsetto a sella UNI (Figura 9.19.5).
Collegamento equipotenziale antifulmine
Realizzare un collegamento equipotenziale antifulmine significa collegare direttamente tutti i sistemi metallici in modo che
possano trasportare la corrente di fulmine. Nel caso in cui i
moduli, i cavi e le l'edificio operativo con la stazione meteo si
trovino nel volume protetto della protezione contro i fulmini
386 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
Impianti fotovoltaici e protezione contro i fulmini
esterna
L'impianto di captazione della protezione contro i fulmini
esterna è di vitale importanza. In caso di fulminazione incontrollata dell'impianto fotovoltaico, il flusso della corrente di
fulmine nell'impianto può provocare gravi danni. Quando si
installa la protezione contro i fulmini esterna, si deve evitare
che le celle solari risultino ombreggiate, ad esempio, dalle aste
di captazione. Le ombre diffuse, invece, proiettate da aste o
conduttori lontani, non influenzano negativamente il sistema
FV e la sua resa. Le ombre nette, tuttavia, influenzano inutilmente le celle e i relativi diodi di by-pass. La distanza necessaria può essere calcolata e dipende dal diametro dell'asta
di captazione. Per esempio, se un'asta di captazione con un
diametro di 10 mm proietta la sua ombra su un modulo, sarà
solo un'ombra diffusa se la distanza tra il modulo e l'asta di
captazione è pari a 1,08 m. L'Allegato A dell'Integrazione 5
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asta di captazione
linea dati
sistema IT
DNO
inverter centrale
kWh
sistema dei dispersori
CC
dispersore
di fondazione
Barra equipotenziale principale (MEB)
Num. in Fig. Protezione per
SPD
Collegamento equipotenziale antifulmine
scaricatore della corrente di fulmine / scaricatore combinato
Collegamento equipotenziale antifulmine locale
Limitatore di sovratensione
* FM = contatto di segnalazione flottante remoto
Art.
Ingresso C.C. dell'inverter
Inverter centrale + GJB
DEHNcombo DCB YPV SCI 1500 FM *
900 067
Impianto TN-C
DEHNventil DV M TNC 255 FM *
951 305
Impianto TN-S
DEHNventil DV M TNS 255 FM *
951 405
Impianto TT
DEHNventil DV M TT 255 FM *
951 315
Lato C.A. della connessione alla rete
Interfaccia dati
Una coppia, anche con tensioni di esercizio fino a 180 V
BLITZDUCTOR BXTU ML2 BD 0-180
+ basetta BXT BAS
920 249
+ 920 300
Manutenzione remota
ISDN o DSL
DEHNbox DBX U4 KT BD S 0-180
922 400
Collegamento equipotenziale
Morsetto a sella UNI
365 250
Conduttore di terra
Filo tondo
(Ø 10 mm)
Filo tondo
(Ø 10 mm)
Nastro in acciaio (30 x 3,5 mm)
Nastro in acciaio (30 x 3,5 mm)
Fe/tZn
Inox (V4A)
Fe/tZn
Inox (V4A)
800 310
860 010
852 335
860 325
Elemento di connessione
Morsetto MV
Alternativa: morsetto SV Inox (V4A)
Fe/tZn
390 079
308 220
Dispositivo di captazione
Punta di captazione a gomito
(comprendente due morsetti a sella)
Impianto di terra
101 110
Figura 9.19.6 Concetto di protezione contro i fulmini per una centrale FV con inverter centralizzato
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GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 387
Corrente totale possibile I max del sistema PV = Corrente di funzionamento + corrente inversa
IN
Ireverse
stringa 10
stringa 1
0.1 s
900 A
corrente
inversa
rischio di arco voltaico
CC+
...
corrente di
funzionamento
stringa 1
il tempo di intervento
del fusibile PV dipende
dalla corrente disponibile
...
CC-
stringa 10
scatola di derivazione del generatore (GJB)
6,5 min
∞
100 A
100 %
75 %
50 %
25 %
25 %
50 %
75 %
100 %
potenza solare disponibile (in funzione dell'ora nell'arco della giornata)
fusibile PV
125 A gPV
Figura 9.19.7 Impianto fotovoltaico con Imax di 1000 A: corrente di cortocircuito presunta allo scaricatore FV in funzione dell'ora del giorno
della norma tedesca DIN EN 62305-3 fornisce informazioni
più dettagliate sul calcolo delle ombre nette.
Passaggio dei cavi negli impianti fotovoltaici
I cavi devono essere tutti disposti in modo tale da evitare la
formazione di spire conduttrici di grandi dimensioni. Questo
criterio va rispettato per il collegamento monopolare in serie
dei circuiti a corrente continua (stringhe) e per l'interconnessione di più stringhe. Inoltre, le linee dati o dei sensori non
vanno instradate su più stringhe che formano ampie spire conduttrici. Per questo motivo, i conduttori equipotenziali, le linee
dati e le linee di alimentazione (in corrente continua e alternata) vanno fatti passare per quanto possibile vicini tra loro.
Misure di protezione contro le sovratensioni per
impianti fotovoltaici
per proteggere gli impianti elettrici dei generatori fotovoltaici vanno installati dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni, o SPD (Figura 9.19.6). Se un fulmine colpisce
la protezione contro i fulmini esterna di un impianto FV al
suolo, vengono indotti degli impulsi ad alta tensione in tutti
i conduttori elettrici; inoltre in tutti i tipi di cavi elettrici della
centrale passano delle correnti parziali di fulmine (linee in corrente continua, alternata e linee dati). L'intensità delle correnti
parziali di fulmine dipende, ad esempio, dal tipo di impianto
388 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
di captazione, dalla resistività del suolo in loco e dal tipo di
cavi. Nel caso di impianti con inverter centrali (Figura 9.19.6)
vi saranno delle linee in corrente continua che passano sul
terreno. L'Allegato D dell'Integrazione 5 della norma tedesca
DIN EN 62305-3 richiede una minima capacità di scarica Itotale
di 10 kA (10/350 µs) per SPD a limitazione di tensione Tipo 1
in corrente continua.
U [V]
generatore fotovoltaico
UOC
UOC
ULB = f (i)
punto di
funzionamento
fonte di alimentazione
CC convenzionale
ISC
Figura 9.19.8
I [A]
Curva caratteristica di una sorgente a corrente continua convenzionale rispetto alla curva caratteristica di un generatore fotovoltaico.
Quando si commutano delle sorgenti FV, la caratteristica del generatore FV passa attraverso la gamma di tensione dell'arco voltaico
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Classe di LPS e max.
corrente di fulmine
(10/350 µs)
III e IV
100 kA
Valori per SPD a comValori per SPD a limitazione di tensione o di combinati mutazione di tensione o
Tipo 1 (cablaggio a V)
combinati Tipo 1 (collegamento in parallelo)
I10/350
Per ogni
percorso di
protezione
[kA]
5
I8/20
Itotale [kA]
Per ogni
percorso di
protezione
[kA]
10
15
I10/350
Itotale [kA]
Per ogni
percorso di
protezione
[kA]
Itotale [kA]
30
10
20
Tabella 9.19.1 Minima capacità di scarico per SPD Tipo 1 a limitazione di tensione o combinati e per SPD Tipo 1 a commutazione di tensione,
per impianti fotovoltaici a terra in caso di LPL III; secondo CENELEC CLC/TS 50539-12 (Tabella A.3)
Bisogna utilizzare SPD con una corrente di corto circuito nominale ISCPV sufficientemente elevata; essa va determinata
secondo la norma EN 50539-11 e deve essere specificata dal
costruttore. Questo vale anche per quanto riguarda le eventuali correnti inverse.
Nei sistemi fotovoltaici con inverter, la protezione dalle correnti inverse è demandata ai fusibili. La massima corrente disponibile effettiva dipende dalla radiazione solare. In alcuni stati di
funzionamento, i fusibili intervengono solo dopo alcuni minuti
(Figura 9.19.7). Pertanto, i dispositivi di protezione installati
nelle scatole di giunzione del generatore vanno progettati per
l'eventuale corrente totale, che comprende la corrente di esercizio e la corrente inversa, e devono garantire lo scollegamento automatico senza arco in caso di sovraccarico (ISCPV > I max
del sistema fotovoltaico).
Dispositivi di protezione speciali contro le sovratensioni per il lato in corrente continua dei sistemi fotovoltaici
Le curve caratteristiche U/I tipiche dei generatori di corrente fotovoltaici sono molto diverse da quelle dei generatori
convenzionali di corrente continua, in quanto presentano un
andamento non lineare (Figura 9.19.8); inoltre il comportamento degli archi in correnti continua è differente. Questa
particolarità delle sorgenti di corrente fotovoltaiche non solo
influenza la progettazione e richiede interruttori e fusibili di
maggiori dimensioni, ma richiede anche degli specifici dispositivi di protezione contro le sovratensioni, in grado di far fronte
alle correnti continue fotovoltaiche susseguenti. L'Integrazione
5 della norma tedesca DIN EN 62305-3 e la norma CEI CLC/
TS 50539-12 CEI 37-12) richiedono funzionamento sicuro dei
dispositivi di protezione sul lato corrente continua anche in
caso di sovraccarico.
L'Integrazione 5 della norma tedesca DIN EN 62305-3 comprende una valutazione più approfondita della distribuzione
della corrente di fulmine (simulazioni al computer) rispetto
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SCI
SCI
Figura 9.19.9 Scaricatore combinato YPV DEHNcombo SCI Tipo 1
+ Tipo 2, con circuito a prova di guasti Y e circuito e
dispositivo di commutazione a corrente continua a
tre stadi
Condizione
originale
SCI
Figura 9.19.10
1. Distacco
SCI
2. Estinzione
dell'arco
3. Isolamento
elettrico
SCI
SCI
Fasi di commutazione del dispositivo di commutazione a corrente continua a tre stadi integrato nel
dispositivo DEHNcombo YPV SCI … (FM)
all'Integrazione 1 della norma tedesca DIN EN 62305-4. Per
calcolare la distribuzione della corrente di fulmine, vanno
considerate le calate del sistema di protezione contro i fulmini, gli eventuali collegamenti di messa a terra del gruppo
FV e le linee in corrente continua. Si dimostra che l'intensità delle correnti parziali di fulmine che passano attraverso i
GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 389
superficie equipotenziale
Figura 9.19.11
Dispositivo di protezione contro le sovratensioni
nella scatola di derivazione per il monitoraggio di
un generatore
dispositivi SPD nelle linee in corrente continua non dipende
solo dal numero di calate, ma anche dall'impedenza dei dispositivi SPD. L'impedenza dei dispositivi SPD dipende dalla
loro tensione nominale, topologia e tipo (a commutazione o a
limitazione di tensione). La riduzione della forma degli impulsi
è una caratteristica delle correnti parziali di fulmine passanti
attraverso i dispositivi SPD sul lato a corrente continua dell'impianto fotovoltaico. Per selezionare degli adeguati dispositivi
di protezione contro le sovratensioni bisogna considerare la
massima corrente impulsiva e il carico impulsivo. Queste correlazioni sono descritte nell'integrazione 1 della norma tedesca
DIN EN 62305-4.
Per facilitare la selezione di adeguati dispositivi SPD, la
Tabella 9.19.1 mostra la capacità di trasporto della corrente
impulsiva di fulmine Iimp per gli SPD Tipo 1, in funzione del tipo
di SPD (scaricatore a limitazione di tensione con varistore o a
commutazione di tensione di tipo spinterometrico). Vengono
considerate le massime correnti impulsive e le massime correnti parziali di fulmine con forma d'onda 10/350 µs in grado
di garantire che gli SPD siano in grado di scaricare le correnti
impulsive di fulmine.
In aggiunta al ben collaudato circuito a prova di guasti
Y, lo scaricatore DEHNcombo YPV SCI (FM) integra un dispositivo di commutazione a corrente continua a tre stadi
(Figura 9.19.9). Questo dispositivo di commutazione a corrente continua consiste di un disconnettore e di un dispositivo
di corto circuito a controllo termodinamico. Il fusibile integrato nel percorso di by-pass interrompe il flusso di corrente in
caso di guasto e mette tutto il gruppo in una condizione sicura
(Figura 9.19.10). In tal modo, lo scaricatore DEHNcombo
YPV SCI … (FM), che viene installato presso l'inverter e nella
scatola di derivazione del generatore (GJB), protegge in modo
affidabile i generatori fotovoltaici fino a 1000 A, senza prefu-
390 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
SPD tipo 1 CA
SPD tipo 2 PV
Correnti parziali di fulmine
Figura 9.19.12
superficie
equipotenziale
Distribuzione della corrente per impianti fotovoltaici a terra, con inverter a stringa
sibile (Figura 9.19.11). Lo scaricatore DEHNcombo YPV SCI è
disponibile per tensioni di 600 V, 1000 V e 1500 V. Se sono impiegati dei sistemi di monitoraggio della stringa FV, è possibile
integrare in essi i contatti di segnalazione remota mobile per il
monitoraggio delle condizioni dei dispositivi SPD.
L'insieme delle numerose tecnologie integrate negli scaricatori
combinati DEHNcombo YPV SCI previene i danni al dispositivo
di protezione contro le sovratensioni dovute ai guasti dell'isolamento nel circuito fotovoltaico, riduce al minimo il rischio di
incendio causato dal sovraccarico dello scaricatore e mette il
dispositivo scaricatore in uno stato elettrico di sicurezza, il tutto senza interrompere il funzionamento del sistema fotovoltaico. Grazie al circuito di protezione, è ora possibile sfruttare appieno la caratteristica di limitazione della tensione dei varistori
nei circuiti in corrente continua dei sistemi fotovoltaici. Inoltre,
il dispositivo SPD minimizza numerosi piccoli picchi di tensione. In tal modo la tecnologia SCI aumenta la durata dei diodi di
by-pass e gli ingressi in corrente continua degli inverter.
Impianti FV con inverter di stringa decentrati
Se si utilizzano impianti FV con inverter di stringa decentrati,
la maggior parte dei cavi di alimentazione sono installati sul
lato corrente alternata. Gli inverter sono installati sul terreno,
sotto i rack con moduli dei generatori solari corrispondenti.
Per la vicinanza ai moduli, l'inverter assume le funzioni tipiche
delle scatole di derivazione del generatore.
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rode
CC
asta di
captazione
linea dati
CC
sistema IT
sistema dei
dispersori
kW/h
DNO
AC
dispersore
di fondazione
Collegamento equipotenziale antifulmine
Scaricatore della corrente di fulmine/
scaricatore combinato
MEB
Num. in figura Protezione per
SPD
Collegamento equipotenziale
antifulmine locale
Limitatore di sovratensione
* FM = contatto di segnalazione flottante remoto
Art.
Ingresso C.C. dell'inverter
Per 1 MPPT
DEHNcube DCU YPV SCI 1000 1M
900 910
Per 2 MPPTs
DEHNcube DCU YPV SCI 1000 2M
900 920
Per MPPT
DEHNguard DG M YPV SCI 1000 FM *
952 515
DEHNshield DSH TNS 255
941 400
Lato CA dell'inverter
Impianto TN-S
Lato corrente alternata della connessione alla rete
Impianto TN-C
DEHNventil DV M TNC 255 FM *
951 305
Impianto TN-S
DEHNventil DV M TNS 255 FM *
951 405
Impianto TT
DEHNventil DV M TT 255 FM *
951 315
Una coppia, con tensioni di
esercizio fino a 180 V
BLITZDUCTOR BXTU ML2 BD 0-180
+ basetta BXT BAS
Interfaccia dati
920 249
+ 920 300
Manutenzione remota
ISDN o DSL
DEHNbox DBX U4 KT BD S 0-180
922 400
Messa a terra / protezione contro i fulmini esterna
Figura 9.19.13
Collegamento equipotenziale
Morsetto a sella UNI
365 250
Conduttore di terra
Filo tondo
(Ø 10 mm)
Filo tondo
(Ø 10 mm) Nastro in acciaio (30 x 3,5 mm)
Nastro in acciaio (30 x 3,5 mm)
Fe/tZn
Inox (V4A)
Fe/tZn
Inox (V4A)
800 310
860 010
852 335
860 325
Elemento di connessione
Morsetto MV
Alternativa: morsetto SV Inox (V4A)
Fe/tZn
390 079
308 220
Dispositivo di captazione
Punta di captazione a gomito (comprendente 2 morsetti a sella)
101 110
Concetto di protezione contro i fulmini per una centrale FV con inverter a stringa
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GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 391
=
~
linea dati
Figura 9.19.14
cavi CC o AC
scatola di derivazione del
monitoraggio del generatore
Illustrazione di principio delle spire di induzione
negli impianti fotovoltaici
L'Integrazione 5 della norma tedesca DIN EN 62305-3 descrive come la distribuzione della corrente di fulmine viene
influenzata dai cavi di alimentazione (inverter centralizzato
o di stringa). Oltre all'Integrazione 5, la Figura 9.19.12 riporta a titolo esemplificativo la distribuzione della corrente
di fulmine per gli inverter di stringa. Se sono installati degli
inverter di stringa, i cavi di alimentazione fungono anche da
conduttori di collegamento equipotenziale tra la messa a
terra locale del gruppo FV colpito dal fulmine e la superficie
equipotenziale remota all'ingresso del trasformatore. L'unica differenza rispetto agli impianti con inverter centralizzati
è che nel caso di sistemi fotovoltaici con inverter di stringa
la corrente parziale di fulmine passa nelle linee in corrente alternata. Pertanto vengono installati degli scaricatori di
Tipo 1 sul lato a corrente alternata degli inverter di stringa e sul
lato di bassa tensione del trasformatore di alimentazione. La
Tabella 9.19.1 mostra la minima capacità di scarica degli
SPD Tipo 1, in funzione della tecnologia degli SPD stessi. Gli
SPD Tipo 2, come il DEHNcube YPV SCI, sono sufficienti per il
lato a corrente continua degli inverter di stringa. Se è installato un sistema di messa a terra conforme all'Integrazione 5,
gli inverter di stringa e il gruppo FV ad essi collegato formano
una superficie equipotenziale locale, pertanto è improbabile
che le correnti di fulmine entrino nelle linee a corrente continua, in quanto gli scaricatori limitano le interferenze indotte.
Inoltre gli scaricatori proteggono dalle sovratensioni i moduli
posti nelle immediate vicinanze. Diverse uscite in corrente alternata di questi inverter esterni sono raccolte all'interno dei
quadri in corrente alternata. Se in tale punto sono installati
degli scaricatori Tipo 1, come DEHNshield … 255, essi proteggono tutte le uscite degli inverter fino a una distanza di
10 m (correnti condotte). Altri cavi in corrente alternata che
passano sul terreno vanno all'edificio operativo, dove si trova
il potente scaricatore combinato Tipo 1 e tipo 2 DEHNventil
che protegge le apparecchiature elettriche al punto di colle-
392 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
gamento alla rete. Anche altre apparecchiature risultano salvaguardate, come la protezione della rete e dell'impianto, una
centralina di allarme o un server web posti a meno di 10 m
da tale SPD.
Misure di protezione da sovratensioni per reti
informatiche
Gli edifici operativi raccolgono i dati provenienti dal terreno,
i dati acquisiti dalla manutenzione a distanza dal gestore
dell'impianto, nonché le misure di capacità e segnali di controllo raccolti dal gestore della rete. Deve essere garantito
un trasferimento di dati affidabile in ogni momento, al fine
di garantire che il personale di servizio possa determinare le
cause di un guasto tramite la diagnostica remota ed porvi rimedio sul posto. Il sistema di monitoraggio degli inverter e
della stringa, le unità meteo di acquisizione dati, la protezione
antifurto e il sistema di comunicazione esterna sono basati su
interfacce fisiche diverse. I sensori di vento e di radiazione con
trasmissione analogica dei segnali possono essere protetti da
DEHNbox DBX. Grazie alla sua tecnologia, actiVsense, gli scaricatori DEHNbox DBX possono essere utilizzati per tensioni di
segnale fino a 180 V, adattando automaticamente il livello della tensione di intervento. BLITZDUCTOR XT è la soluzione ideale per proteggere le interfacce RS 485 per la comunicazione tra
gli inverter. I dispositivi DEHNgate BNC VC sono utilizzati per
proteggere i sistemi televisivi a circuito chiuso con cavo coassiale utilizzati nella protezione antifurto. Se le sottostazioni dei
grandi impianti fotovoltaici sono collegate tra loro via Ethernet, è possibile installare lo scaricatore DEHNpatch M CAT6,
utilizzabile anche per applicazioni PoE (Power over Ethernet).
Che si tratti di collegamenti ISDN o ADSL, anche le linee dati
dei dispositivi per il collegamento con il mondo esterno sono
protette dai rispettivi dispositivi di protezione contro le sovratensioni.
Negli impianti di produzione dell'energia con inverter centralizzato, vengono installate sul terreno le scatole di derivazione
del generatore, con ulteriori sensori di misura. Negli impianti di produzione dell'energia con inverter di stringa (Figura
9.19.13), questo compito viene svolto dal sistema di monitoraggio integrato della stringa. In entrambi i casi, i valori misurati sul terreno vengono trasmessi tramite interfacce dati.
Le linee dati che provengono dalla sala di controllo vengono
installate insieme ai cavi di alimentazione (in corrente alternata o continua). A causa della breve lunghezza delle linee dei
bus di campo, ciascuno dei cavi delle linee dati è disposto in
direzione perpendicolare ai rack dei moduli. In caso di fulminazione, questi collegamenti trasversali possono trasportare
anche la corrente parziale di fulmine, in grado di danneggiare
i circuiti di ingresso e causare scariche elettriche disruptive nei
cavi di alimentazione. A causa dell'interazione tra i cavi elettrici, si formano ampie spire di induzione tra le file di contenitori
modulari metallici e le linee dati (Figura 9.19.14). Questa
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situazione favorisce i transitori causati dai fulmini che possono penetrare in queste linee. Siffatti picchi di tensione sono in
grado di superare la resistenza di isolamento (o resistenza dielettrica) di questi impianti, provocando danni da sovratensioni.
Pertanto, le linee di trasmissione dati devo essere protette installando degli SPD nelle scatole di derivazione del generatore
o negli inverter di stringa decentrati. Le schermature dei cavi
vanno collegate a tutti i punti di connessione, come prescritto
dalla norma EN 50174-2 (CEI 306-5) (sezione 5.3.6.3). Ciò si
ottiene anche con la messa a terra indiretta della schermatura,
per evitare irregolarità di funzionamento, come ondulazioni
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della tensione e correnti vaganti. Il dispositivo BLITZDUCTOR
XT, per esempio, può essere utilizzato insieme con un morsetto
a molla EMC tipo SAK BXT LR per la messa a terra indiretta
della schermatura.
Una protezione coerente contro fulmini e sovratensioni per
tutti i sistemi consente di aumentare notevolmente il rendimento di queste centrali energetiche. Si riducono così i tempi
di assistenza e manutenzione, insieme ai costi delle riparazioni
e dei pezzi di ricambio.
GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 393
394 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
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