Fotovoltaico: quali protezioni servono davvero nel quadro
Un impianto fotovoltaico aggiunge una seconda sorgente all'impianto. Cambia il verso delle correnti, cambia la logica delle protezioni, e cambia cosa succede quando la rete va via.
Progettare il quadro di un impianto con fotovoltaico significa fare i conti con una cosa che negli impianti tradizionali non esiste: l'energia può arrivare da due parti. Le protezioni vanno pensate di conseguenza.
Le tre zone dell'impianto
| Zona | Dove | Rischi specifici |
|---|---|---|
| Lato DC | Dai moduli all'inverter | Arco in continua (non si autoestingue), sovratensioni da fulminazione, tensioni fino a 1000-1500 V |
| Inverter | Conversione DC/AC | Correnti continue di guasto verso il lato AC |
| Lato AC | Dall'inverter al quadro e alla rete | Immissione in rete, isolamento in caso di mancanza rete, coordinamento delle protezioni |
Lato DC: cosa serve
Sezionatore DC
Obbligatorio fra campo fotovoltaico e inverter, per consentire la manutenzione in sicurezza. Deve essere idoneo alla corrente continua (l'arco in DC non passa per lo zero e non si autoestingue: un sezionatore per AC non è utilizzabile) e dimensionato per la tensione a vuoto massima della stringa alla temperatura minima di progetto. La maggior parte degli inverter lo integra.
Protezione contro le sovracorrenti di stringa
Serve solo quando ci sono tre o più stringhe in parallelo: con due stringhe la corrente inversa che una può ricevere dall'altra è inferiore alla corrente ammissibile dei moduli. Sopra le tre, si usano fusibili gPV dimensionati secondo le indicazioni del costruttore dei moduli.
SPD lato DC
Il campo fotovoltaico è la parte più esposta dell'edificio. Si usano SPD specifici per corrente continua (marcati per uso fotovoltaico), installati vicino all'inverter e, se la lunghezza dei cavi DC supera i 10 metri, anche in prossimità del campo. La regola dei 50 cm di collegamento vale anche qui.
Cavi solari
Cavo dedicato H1Z2Z2-K, doppio isolamento, resistente ai raggi UV e alle alte temperature, con vita utile dichiarata di 25 anni. Non si usa cavo normale sul lato DC.
Lato AC: le protezioni nel quadro
Interruttore magnetotermico dedicato
La linea inverter-quadro va protetta come qualsiasi altra partenza, con una differenza: la corrente da considerare è quella massima erogabile dall'inverter, non quella nominale dell'impianto, ed è un carico che può durare ore. Per un inverter monofase da 6 kW la corrente è circa 27 A: si sceglie un C32 con cavo adeguato.
Differenziale
Il punto delicato. Gli inverter senza trasformatore possono generare componenti continue di guasto. Il manuale dell'inverter dichiara sempre quale protezione è richiesta a monte:
- inverter con separazione galvanica (con trasformatore): differenziale di tipo A;
- inverter transformerless con monitoraggio integrato della corrente residua: in genere è ammesso un tipo A;
- inverter transformerless senza monitoraggio: differenziale di tipo B.
Il caso combinato con la wallbox. Se sullo stesso impianto ci sono fotovoltaico transformerless e wallbox, la scelta dei differenziali va coordinata su tutto il quadro. Un tipo A desensibilizzato da una componente continua proveniente da un'altra utenza smette di proteggere anche il suo circuito.
Sezionamento
Deve essere possibile sezionare l'inverter dal lato AC in modo visibile e bloccabile, per la manutenzione. In pratica lo assolve l'interruttore dedicato nel quadro, purché sia chiaramente identificato con targhetta.
La CEI 0-21: connessione alla rete BT
La norma CEI 0-21 regola la connessione degli utenti attivi alla rete di distribuzione in bassa tensione. Definisce due dispositivi fondamentali:
| Dispositivo | Sigla | Funzione |
|---|---|---|
| Dispositivo generale | DG | Separa l'intero impianto utente dalla rete |
| Dispositivo di interfaccia | DDI | Separa la generazione dal resto dell'impianto e dalla rete |
| Dispositivo del generatore | DDG | Separa il singolo generatore |
Il sistema di protezione di interfaccia (SPI) comanda il DDI e sorveglia i parametri della rete: tensione minima e massima, frequenza minima e massima, con soglie e tempi definiti dalla norma. Se la rete esce dai limiti, il DDI apre e la generazione viene separata: è la protezione contro il funzionamento in isola indesiderato (anti-islanding), che impedisce all'inverter di tenere in tensione un tratto di rete su cui il distributore sta lavorando.
Per gli impianti di potenza contenuta l'SPI e il DDI possono essere integrati nell'inverter, purché l'inverter sia conforme e disponga della relativa certificazione. Sopra determinate soglie di potenza, e in presenza di più inverter, la norma richiede un SPI esterno con relè dedicato, e la verifica periodica del sistema.
Il regolamento di esercizio e la documentazione
La connessione richiede la presentazione al distributore della domanda, del regolamento di esercizio, e delle certificazioni di conformità degli apparati alla CEI 0-21 (allegati Bbis dei costruttori). La dichiarazione di conformità dell'impianto elettrico segue le regole del DM 37/08 come per qualsiasi altro impianto.
Il quadro nel suo insieme
Cinque cose che si sbagliano spesso
- Dimensionare la linea AC sulla potenza di picco nominale anziché sulla corrente massima erogabile dall'inverter.
- Mettere l'inverter sotto un differenziale condiviso con altre utenze: le correnti di dispersione capacitive dell'inverter (spesso 10-20 mA) fanno scattare tutto.
- Ignorare la corrente di cortocircuito aggiuntiva apportata dal generatore nella verifica dei poteri d'interruzione: gli inverter contribuiscono poco, ma i sistemi con accumulo e i gruppi rotanti no.
- Trascurare la targa del quadro: con la generazione distribuita il quadro deve riportare l'avvertenza della presenza di una seconda sorgente e lo schema deve essere disponibile in loco.
- Cavi DC non solari o non protetti dai raggi UV nei tratti in vista sul tetto.
Domande frequenti
Quando serve la protezione di interfaccia esterna?
La CEI 0-21 consente la protezione di interfaccia integrata nell'inverter per gli impianti di potenza contenuta; oltre una certa soglia di potenza complessiva, e in presenza di più inverter, è richiesto un dispositivo di interfaccia esterno con relè di protezione dedicato e la prova periodica del sistema.
Serve il differenziale di tipo B con il fotovoltaico?
Dipende dall'inverter. Gli inverter senza trasformatore (transformerless) possono generare componenti continue di guasto: il costruttore dichiara nel manuale se è ammesso un tipo A, se serve un tipo B, o se l'inverter integra già il monitoraggio della corrente continua residua. Si segue sempre la dichiarazione del costruttore.
Gli SPD sul lato DC sono obbligatori?
Sono richiesti quando la valutazione del rischio lo impone e comunque quando la distanza fra il campo fotovoltaico e l'inverter supera i valori indicati dalle guide (tipicamente 10 metri di cavo DC). I moduli sul tetto sono la parte più esposta di tutto l'edificio.
Cos'è la protezione anti-islanding?
È la funzione che impedisce all'inverter di continuare ad alimentare la rete quando questa viene a mancare. Senza, il tratto di rete a monte resterebbe in tensione anche dopo l'apertura del distributore, con rischio grave per chi ci lavora. È integrata nella logica del dispositivo di interfaccia.
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