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Il rischio di fulminazione dei sistemi di generazione fotovoltaica
L’incentivazione del fotovoltaico in Italia e un metodo per scegliere i sistemi di protezione dai fulmini in modo da proteggere i sistemi fotovoltaici dai fulmini diretti o vicini.
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Negli ultimi anni, i Governi di molti Paesi nel mondo hanno cercato di
incrementare la quota di energia elettrica generata tramite sistemi
fotovoltaici ricorrendo a vari tipi di incentivazione.
In Italia la realizzazione di impianti fotovoltaici è incentivata secondo
quanto definito dal D.M. 19 febbraio 2007 [1],
attraverso l’adozione del cosiddetto “conto energia”, ovvero il Gestore dei
Servizi Elettrici (GSE), paga al proprietario dell’impianto, un corrispettivo
(tariffa incentivante) per tutta l’energia che viene prodotta dall’impianto
nell’arco di venti anni. Tale incentivo vale ad oggi, intorno allo 0,40€/kWh e
può variare del ±20% a secondo della taglia dell’impianto e a secondo della sua
integrazione nella struttura ospitante. Vengono privilegiati impianti di
dimensioni ridotte e maggiormente integrati. Detta tariffa può essere aumentata
del 5% se ricorrono alcune condizioni particolari (es. sostituzione di tetti in
eternit), oppure fino al 30% se il fotovoltaico è abbinato alla gestione
efficiente dell’energia elettrica.
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Oltre alle tariffe
incentivanti, un ulteriore beneficio può essere ricavato
dall’utilizzo dell’energia prodotta. Tale energia può essere utilizzata
localmente e/o immessa in rete e si distinguono tre alternative sulla
sua valorizzazione:
• Scambio sul posto - l’energia non utilizzata viene ceduta in rete e
costituirà un saldo positivo di energia da sottrarre al saldo negativo
dovuto
ai consumi eccedenti la produzione nell’arco di un periodo di
fatturazione. La
bolletta elettrica verrà calcolata sulla differenza tra questi due
valori
conducendo a un possibile risparmio proporzionale all’energia prodotta.
• Vendita “indiretta” - l’energia non utilizzata viene venduta
direttamente al
GSE che riconosce un prezzo fisso oppure un prezzo di mercato (a seconda
dei volumi
di produzione) per la produzione.
• Vendita “diretta” - l’energia non utilizzata viene venduta al mercato
elettrico (scelta non consigliabile per il fotovoltaico).
I sistemi di generazione fotovoltaica (PVPGS dall’inglese photovoltaic
power
generating system) possono essere colpiti dai fulmini
diretti o risentire degli effetti dovuti ai fulmini vicini. In caso di
fulmini
diretti, possono aversi gravi danni e malfunzionamenti degli apparati di
tali
sistemi. Tuttavia anche i fulmini vicini, per mezzo dell’impulso elettromagnetico
(LEMP dall’inglese lightning electromagnetic pulse), possono provocare
danni
non trascurabili.
In tale contesto è evidente che una protezione inadeguata dai danni
provocati
dai fulmini può accrescere il tempo necessario per il ritorno
dell’investimento
(ROI dall’inglese return on investment) e per il recupero energetico
(energy
pay-back) [2] del sistema
fotovoltaico (acronimo PV dall’inglese photovoltaic). In pratica il
proprietario
dell’impianto che ha effettuato notevoli investimenti, potrebbe vedere
vanificate le sue aspirazioni se uno o più componenti del suo PVPGS
fossero
danneggiati dai fulmini.
La Norma CEI 82-4:1998 (CEI EN 61173) [3]
fornisce delle Linee guida per le misure di protezione dei sistemi
fotovoltaici
contro i pericoli dovuti alle sovratensioni, come la messa a terra, la
schermatura, l’intercettazione dei fulmini e l’istallazione dei
dispositivi per
la protezione dalle scariche (SPD dall’inglese surge protective
devices).
L’adozione di tali misure, per essere utile, deve basarsi su un’attenta
valutazione dei possibili rischi fatta con criteri ingegneristici.
Pertanto, scopo del presente lavoro è descrivere l’applicazione della
procedura
per la valutazione del rischio di fulminazione proposta dalla Norma CEI
81-10/2:2006 (CEI EN 62305-2) [4],
per convalidare l’adozione di alcune delle misure di protezione
suggerite dalle
linee guida CEI 82-4:1998 (CEI EN 61173) [3]
e, se possibile proporre altre misure che potrebbero essere adottate.
[...]
Conclusioni È stata portata a termine una valutazione del rischio di
fulminazione di un
sistema di generazione fotovoltaica (PVPGS) connesso alla rete di
distribuzione, secondo la Norma CEI 81-10/2:2006 (CEI EN 62305-2) [4]. Sono stati forniti esempi per un
sistema PVPGS sito su di un terrazzo e per un sistema PVPGS sito al
suolo di
taglia media (circa 250 kWp). Sono stati valutati il rischio di perdita
di vite
umane e il rischio di perdite economiche.
Nei due esempi considerati il rischio di perdita di vite umane è al di
sotto
dei valori ritenuti tollerabili, pertanto i relativi PVPGS non
necessitano di
misure di protezione al riguardo. Invece il rischio di perdite
economiche è risultato
non essere affatto trascurabile.
Osservando i valori e il peso di ciascuna componente di rischio è stato
evidenziato
come i rischi maggiori derivino dai fulmini vicini all’impianto, per via
dell’induzione elettromagnetica
e, come il rischio di guasti sia maggiore nel lato DC del sistema.
Considerando l’alto valore (circa il 20% del costo del sistema) delle
perdite
economiche attese per anno, diviene necessario adottare in tal caso,
alcune
misure di protezione, altrimenti il tempo necessario per il ritorno
dell’investimento
e il recupero energetico crescono in misura eccessiva.
Pertanto, in accordo con la Norma CEI 82-4:1998 (CEI EN 61173) [3], sono state proposte e valutate
alcune misure di protezione, in modo da verificare l’effettiva
variazione della
componente di rischio che si andava a ridurre.
Come prevedibile l’analisi ha mostrato che, la miglior soluzione per
PVPGS
estesi è quella di adottare cavi schermati (per i cavi che escono dalle
Junction-Box, site nel retro dei moduli PV, e per i cavi di connessione
all’inverter)
connessi a entrambi i capi alla stessa sbarra equipotenziale. Sistemi
PVPGS più
piccoli possono essere protetti adottando SPD nei cavi di connessione
all’inverter.
Giovanni
Luca Amicucci, Fabio Fiamingo Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro
(ISPESL), Dipartimento Tecnologie di Sicurezza, Laboratorio di
Elettronica ed
Elettrotecnica, Monte Porzio Catone (Roma)
Note 1. Italia. Decreto
legislativo 19 febbraio 2007, Ministero dello sviluppo economico, Criteri e
modalità per incentivare la produzione di energia elettrica mediante
conversione fotovoltaica della fonte solare, in attuazione dell’articolo 7 del
decreto legislativo 29 dicembre 2003, n. 387. Gazzetta Ufficiale - Serie Generale n. 45, 23
febbraio 2007 2. U.S. Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy; What is
the energy payback for PV? [online].
2004 [consultato luglio 2008]. URL: http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf 3. Comitato Elettrotecnico italiano. Protezione contro le sovratensioni dei
sistemi fotovoltaici (FV) per la produzione di energia. Guida. Milano: CEI;
1998. CEI 82-4:1998 (CEI EN 61173) 4. Comitato Elettrotecnico italiano. Protezione delle strutture contro i
fulmini. Parte 2: Gestione del rischio. Milano: CEI; 2006. CEI 81-10/2:2006
(CEI EN 62305-2)
