17 Mag Protezione da fulmini in un impianto solare
Gli impianti fotovoltaici sono sempre più comuni, in quanto forniscono energia ricavata dai raggi solari, economica e pulita. La spesa iniziale è però molto alta, poiché i pannelli sono solitamente piuttosto costosi, e c’è quindi un forte bisogno di proteggerli contro eventi avversi, come fulmini e sovratensioni. Affidabilità e costanza sono tra i parametri più importanti quando si tratta di fornire energia a persone e aziende. Per questo motivo, i disservizi devono essere minimizzati, anche in caso di condizioni meteorologiche estreme.
Fulmini
I fulmini sono estremamente potenti e possono diffondersi in tutto l’impianto solare in una frazione di secondo, danneggiando irreversibilmente gli apparati. Questo può succedere non solo attraverso i cavi di alimentazione, ma anche tramite i bus di comunicazione seriale, come i fili di rame RS485 o RS232. Una comunicazione seriale è quasi sempre necessaria in un sistema fotovoltaico, per controllare da remoto stato di salute e parametri di efficienza di pannelli e inseguitori solari, usando centraline di controllo (PPC – Power Plant Controller). Ecco perché anche le reti di comunicazione in un impianto solare hanno bisogno di protezione da fulmini.
Il modo più sicuro di isolare ogni ramo dagli altri, minimizzando quindi i rischi, è disaccoppiare ogni sezione. Così facendo, se un fulmine dovesse colpire un pannello solare o dispositivi adiacenti, solo quel gruppo sarebbe danneggiato, in quanto la corrente non scorrerebbe attraverso altri rami. Fusibili o interruttori possono sembrare una buona idea, dal momento che sono economici e possono difendere parzialmente da sovratensioni. Tuttavia, non offrono nessuna protezione contro le enormi correnti di un fulmine. La protezione da fulmini può essere vista come una grossa spesa iniziale in un impianto solare, ma è in realtà un’assicurazione per ridurre i costi nel lungo periodo. Convertitori e ripetitori da seriale a fibra ottica sono un eccellente modo per ottenere questo risultato, perché permettono di disaccoppiare otticamente i vari rami.
Soluzioni
La fibra ottica sintetica o in vetro è uno straordinario isolante elettrico, e ha un range di comunicazione molto esteso. Queste caratteristiche rendono la fibra ottica il candidato ideale come mezzo di comunicazione in un impianto solare. In campi fotovoltaici molto vasti, con centinaia o migliaia di pannelli, la fibra ottica è quasi indispensabile. Ad ogni modo, isolare otticamente le varie sezioni è buona norma anche in un piccolo sistema fotovoltaico. Anche pannelli solari residenziali o domestici sono suscettibili a fulmini e sovratensioni, è quindi una buona idea isolarli otticamente per evitare danni a elettrodomestici e impianto elettrico.
La configurazione suggerita è usare ripetitori ottici con uscite RS485, come TSS/1M o TVV/1M, in modo da raggiungere e proteggere l’intero parco solare, e garantire l’integrità di segnale. Questi ripetitori industriali sono adatti per montaggio su guida DIN e accettano un ampio range di alimentazione AC e DC. La guida DIN è uno standard industriale spesso usato in quadri elettrici e rack, per montare alimentatori o strumentazione di controllo come convertitori ottici. Lo standard seriale RS485 è affidabile, adottato estensivamente in ambiente industriale, permette di coprire grandi distanze. Inoltre ha una discreta immunità a interferenze elettromagnetiche di bassa e media entità, dipendentemente dalla configurazione del bus. Sono disponibili altre combinazioni di fibre ottiche e standard seriali, come RS232, RS422, ed Ethernet, ma possiamo progettare ripetitori e convertitori personalizzati nel caso di richieste speciali.
Comunicazione
Le centraline di controllo sono molto comuni, poiché offrono numerose opzioni nella regolazione di potenza, supervisione dello stato di salute e stabilità della rete, e non solo. Le centraline possono essere basate su PLC (Programmable Logic Controller), cioè sono pre-programmate e lavorano con logica a circuito chiuso. I PLC sono usati prevalentemente in ambienti industriali per automazioni e controllo di processi, dato che sono affidabili e robusti. Permettono controllo e gestione di sistemi, che è quasi obbligatoria in impianti solari di certe dimensioni. Le centraline possono comunicare in Modbus tramite gli standard seriali più comuni, come RS422, RS232, e soprattutto RS485. Possono essere connesse tra loro usando fili elettrici in rame, ma solitamente ci sono soluzioni migliori.
Disaccoppiare otticamente i vari rami è utile non solo come protezione da eventi avversi, ma anche dal punto di vista della comunicazione. Interferenze elettromagnetiche (EMI) possono disturbare i segnali su fili in rame, ma le fibre ottiche sono immuni al rumore elettromagnetico, perché comunicano con segnali ottici. L’utilizzo delle fibre ottiche è consigliato soprattutto in ambienti pesantemente disturbati, e i campi solari sono proprio tra questi. Anche per questo motivo la fibra ottica è un’ottima soluzione per la comunicazione in un impianto solare, risolve diversi problemi allo stesso tempo. Uno schema di connessione di esempio è illustrato nella figura qui sotto, ma naturalmente potete contattarci per più informazioni:
Schema di connessione per una comunicazione ottica daisy chain, con l’utilizzo di una dorsale ottica e un bus RS485 per la connessione al PLC
Configurazione
Per garantire la massima protezione da fulmini in un impianto solare, ogni centralina di controllo dovrebbe avere il suo ramo elettrico dedicato. La fibra ottica ha diversi vantaggi rispetto al rame, ma può essere più costosa, in base allo scenario. Per ridurre i costi iniziali potete installare meno ripetitori ottici e connettere più centraline allo stesso bus elettrico RS485, riducendo il numero di rami ottici. Tuttavia, così facendo, quelle centraline (e pannelli collegati) sono vulnerabili a guasti anche se solo uno dei pannelli del ramo fosse colpito da un fulmine.
L’implementazione della fibra ottica dovrebbe variare in base alla disposizione dei pannelli solari, per ottimizzare costi e risorse. Ad esempio, la fibra ottica ha un range di comunicazione maggiore rispetto alla fibra sintetica, ma è anche più costosa. Il numero di ripetitori e la tecnologia di fibra ottica più adatta dipendono anche dall’estensione totale dell’impianto solare. Potete contattarci per una consulenza tecnica sulla topologia e sulla configurazione di rete, per un aiuto nella valutazione di costi e benefici.