Rischi di incendio comuni nei quadri di distribuzione fotovoltaici: cause, esempi reali e strategie di prevenzione

Introduzione

I rischi di incendio nelle scatole di distribuzione solare fotovoltaica rappresentano una preoccupazione critica nei moderni sistemi fotovoltaici. Sebbene la maggior parte degli impianti fotovoltaici sia dotata di molteplici dispositivi di protezione elettrica come fusibili gPV, interruttori automatici, sezionatori e dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD), possono comunque verificarsi incendi all'interno delle apparecchiature di distribuzione in determinate condizioni operative.

Secondo IEA PVPS i rapporti di ricerca, una quota significativa dei guasti nei sistemi fotovoltaici è legata a problemi elettrici e di installazione piuttosto che a guasti gravi delle apparecchiature.

L'esperienza sul campo derivante dalla manutenzione dei sistemi fotovoltaici mostra che questi incidenti sono raramente causati da un guasto completo del sistema. Al contrario, sono spesso legati a problemi elettrici localizzati all'interno delle scatole di distribuzione, come il degrado delle connessioni, lo stress dell'isolamento o l'invecchiamento dei componenti.

In molti casi di ispezione documentati, i tecnici hanno riscontrato che le anomalie termiche in fase iniziale all'interno delle scatole di distribuzione fotovoltaiche possono svilupparsi gradualmente senza attivare i dispositivi di protezione immediata. Ciò rende la manutenzione ordinaria e il monitoraggio ambientale una parte importante dell'affidabilità del sistema.

Questo articolo si basa sulle osservazioni sul campo derivanti dalle pratiche di manutenzione solare fotovoltaica e si concentra sui comuni meccanismi di guasto riscontrati nelle apparecchiature elettriche a livello di distribuzione. Riflette problemi frequentemente identificati durante le ispezioni nel mondo reale piuttosto che rischi puramente teorici.

La progettazione degli impianti fotovoltaici e la sicurezza elettrica sono regolate da standard internazionali Standard IEC per la sicurezza degli impianti fotovoltaici standard, che definiscono i requisiti per le pratiche di installazione, il coordinamento delle apparecchiature e la protezione a livello di sistema nelle applicazioni fotovoltaiche.

Perché i quadri di distribuzione FV meritano maggiore attenzione

Comprendere i rischi di incendio dei quadri di distribuzione solare FV è essenziale per i progettisti di sistemi e i tecnici di manutenzione.

I quadri di distribuzione FV fungono da punti di connessione centrali negli impianti fotovoltaici. Integrano molteplici stringhe in ingresso, dispositivi di protezione e circuiti in uscita all'interno di un'unica struttura chiusa.

A differenza dei sistemi elettrici convenzionali, gli impianti fotovoltaici generano elettricità ogni volta che è disponibile una luce solare sufficiente. Ciò significa:

• Le apparecchiature possono rimanere sotto tensione per lunghi periodi
• Le condizioni di carico variano durante il giorno
• Si verificano cicli termici ripetuti
• Lo stress ambientale esterno è continuo

I quadri di distribuzione sono spesso installati su tetti o in parchi solari remoti dove l'accesso per la manutenzione può essere limitato. Di conseguenza, piccoli problemi interni possono rimanere non rilevati per lunghi periodi prima di trasformarsi in gravi rischi elettrici.

Connessioni allentate: un piccolo difetto con gravi conseguenze

Uno dei problemi più frequentemente riscontrati nei quadri di distribuzione FV è costituito da connessioni elettriche scadenti o deteriorate.

Una connessione può essere installata correttamente all'inizio, ma allentarsi gradualmente nel tempo a causa di espansione termica, vibrazioni, invecchiamento dei materiali o coppia di serraggio errata durante l'installazione.

Con l'aumento della resistenza di contatto, inizia a svilupparsi un riscaldamento localizzato. È importante notare che questo processo è spesso graduale e potrebbe non attivare immediatamente i dispositivi di protezione.

I collegamenti allentati sono una delle cause più comuni dei rischi di incendio nelle scatole di distribuzione solare fotovoltaica durante le operazioni sul campo.

Un incidente mancato durante la manutenzione ordinaria

Durante un'ispezione di manutenzione ordinaria presso un impianto solare commerciale su tetto, i tecnici stavano eseguendo termografie a infrarossi su diverse scatole di distribuzione in corrente continua. L'impianto era in funzione da oltre tre anni senza guasti elettrici segnalati e tutti i dispositivi di protezione sembravano funzionare normalmente.

Tuttavia, la termografia ha rivelato che un capocorda all'interno di una scatola di distribuzione operava a una temperatura significativamente più alta rispetto ai collegamenti vicini che trasportavano livelli di corrente simili.

Mentre la maggior parte dei terminali rientrava negli intervalli di temperatura operativa normali, il collegamento interessato superava i 90°C in condizioni di carico comparabili.

Nessun fusibile era intervenuto.
Nessun interruttore automatico era scattato.
Il sistema di monitoraggio non aveva generato alcun allarme.

Dopo aver isolato il sistema e ispezionato l'involucro, i tecnici hanno scoperto che la connessione si era gradualmente allentata nel tempo. Il conseguente aumento della resistenza di contatto ha creato un riscaldamento localizzato continuo.

Sebbene il sistema fosse ancora operativo, i materiali isolanti circostanti avevano già iniziato a scolorirsi a causa dell'esposizione prolungata a temperature elevate.

Se il problema non fosse stato rilevato, il riscaldamento continuo avrebbe potuto portare al cedimento dell'isolamento e, infine, creare condizioni di innesco all'interno dell'involucro.

Situazioni come questa vengono segnalate frequentemente durante le attività di manutenzione fotovoltaica ed evidenziano una realtà importante: molti rischi di incendio elettrico si sviluppano lentamente e silenziosamente piuttosto che attraverso improvvisi eventi di guasto.

In molti casi, il surriscaldamento nei punti di connessione è correlato a un'interruzione di corrente o a un coordinamento delle protezioni impropri. Un fusibile gPV per sistemi fotovoltaici correttamente selezionato può aiutare a ridurre il rischio di propagazione di correnti di guasto eccessive all'interno dei quadri di distribuzione.
Scopri di più su: soluzioni di protezione con fusibili gPV per impianti solari in corrente continua

Un arco si verifica quando la corrente supera un'interruzione tra i conduttori attraverso l'aria o un isolamento danneggiato. Nei sistemi in corrente continua, questa condizione è particolarmente pericolosa poiché la corrente continua non attraversa naturalmente un punto di passaggio per lo zero come avviene per la corrente alternata. Ciò consente agli archi di persistere per durate maggiori e di raggiungere temperature estremamente elevate.

Le cause più comuni includono:

• Cavi danneggiati
• Crimpatura o terminazione inadeguata
• Degrado dei connettori
• Stress meccanico
• Guasto dell'isolamento

Dal punto di vista della progettazione del sistema, i rischi di arco elettrico in corrente continua sono riconosciuti negli standard fotovoltaici internazionali come la norma IEC 62548, che definisce i requisiti di installazione e le pratiche di sicurezza elettrica per i sistemi di generatori fotovoltaici.

Nelle operazioni pratiche sul campo, i tecnici hanno osservato che gli archi elettrici in corrente continua vengono rilevati più frequentemente nei punti di terminazione dei cavi, nelle interfacce dei connettori e nelle aree con isolamento compromesso, dove difetti di contatto minori possono evolvere gradualmente in condizioni di arco persistente.

Rapporti di settore e casi studio pubblicati da PV Magazine indicano che gli archi elettrici in corrente continua si verificano più comunemente nei punti di terminazione dei cavi e nelle interfacce dei connettori, dove la qualità dell'installazione e lo stress meccanico giocano un ruolo critico nell'affidabilità a lungo termine.

Quando si verifica un surriscaldamento in assenza di sovracorrente

Un malinteso critico nella prevenzione degli incendi elettrici è presumere che tutte le condizioni pericolose attivino i dispositivi di protezione.

In realtà, non tutti gli eventi di surriscaldamento comportano una corrente eccessiva.

Ad esempio:

• Una connessione allentata può generare calore a causa dell'aumento della resistenza
• Un morsetto degradato può creare un accumulo termico localizzato
• Un conduttore parzialmente danneggiato può ancora trasportare livelli di corrente normali.

In questi casi, i fusibili e gli interruttori automatici potrebbero non intervenire poiché la corrente elettrica rimane entro limiti accettabili.

Di conseguenza, l'aumento della temperatura può continuare inosservato finché i materiali isolanti non iniziano a degradarsi.

Lezioni apprese dalle ispezioni termografiche

Le ispezioni termografiche negli impianti fotovoltaici rivelano spesso segnali di avvertimento precoci di potenziali guasti.

I riscontri comuni includono:

• Terminali dei cavi scoloriti
• Distribuzione non uniforme della temperatura sui collegamenti
• Surriscaldamento dei portafusibili
• Temperature superficiali elevate degli SPD
• Punti caldi localizzati all'interno dei quadri elettrici

Questi indicatori compaiono spesso molto prima che si verifichi un guasto operativo. Identificarli tempestivamente è uno dei modi più efficaci per prevenire incendi di origine elettrica.

Rischi legati ai fusibili nei quadri di distribuzione fotovoltaici

I fusibili svolgono un ruolo essenziale nei sistemi di protezione fotovoltaici, in particolare i fusibili gPV progettati per applicazioni in corrente continua (DC).

Tuttavia, alcuni rischi sono associati a una selezione o installazione impropria dei fusibili:

• Selezione errata della taglia del fusibile
• Utilizzo di fusibili non certificati per impianti fotovoltaici
• Portafusibili di scarsa qualità
• Connessioni allentate o ossidate
• Superfici di contatto soggette a invecchiamento

In molti casi di manutenzione, il surriscaldamento viene riscontrato sul portafusibile piuttosto che all'interno dell'elemento fusibile stesso. Ciò indica che la qualità della connessione è importante tanto quanto le specifiche del fusibile.

Comprendere come si comportano i diversi dispositivi di protezione in condizioni di guasto è essenziale per una corretta progettazione del sistema. Per un confronto tecnico dettagliato tra fusibili e dispositivi di protezione contro le sovratensioni negli impianti fotovoltaici, consultare:
Fusibile CC vs SPD CC nei sistemi fotovoltaici: differenze chiave e applicazioni

Stato dell'SPD e affidabilità a lungo termine

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) sono progettati per proteggere i sistemi fotovoltaici da eventi di sovratensione transitoria causati da fulmini o sovratensioni di manovra.

Sebbene gli SPD siano altamente affidabili, hanno una vita utile limitata. Eventi di sovratensione ripetuti degradano gradualmente i componenti interni.

Le ispezioni sul campo rivelano spesso:

• SPD che operano in stato di fine vita
• Scolorimento o indicatori di stress termico
• Unità non sostituite dopo l'attivazione dell'indicatore

Sebbene i moderni SPD includano solitamente meccanismi di disconnessione termica, una manutenzione trascurata può ridurre l'efficacia della protezione complessiva del sistema. Il degrado degli SPD è un altro fattore che può aumentare i rischi di incendio nelle scatole di distribuzione solare fotovoltaica durante il funzionamento a lungo termine.

Fattori di stress ambientale

Le condizioni ambientali hanno un impatto significativo sull'affidabilità a lungo termine delle scatole di distribuzione fotovoltaiche, specialmente nelle installazioni esterne dove l'apparecchiatura è continuamente esposta a cicli termici, polvere e variazioni di umidità.

A differenza degli ambienti elettrici interni controllati, le scatole di distribuzione fotovoltaiche operano spesso in condizioni difficili e instabili. Nel tempo, questi stress ambientali non causano guasti immediati, ma accelerano gradualmente l'invecchiamento dell'isolamento, aumentano la resistenza di connessione e riducono la stabilità complessiva del sistema.

Esposizione ad alte temperature

In molte installazioni solari su tetto, le temperature dell'involucro possono aumentare significativamente a causa dell'esposizione diretta alla luce solare e della limitata dissipazione del calore.

Durante le ispezioni sul campo in regioni dal clima caldo come il Medio Oriente e il Sud-est asiatico, gli ingegneri osservano frequentemente temperature interne dell'armadio superiori a 60°C durante il picco di funzionamento diurno.

Sebbene i componenti siano solitamente progettati per temperature elevate, uno stress termico prolungato accelera l'invecchiamento dell'isolamento e può contribuire all'allentamento dei collegamenti elettrici nel tempo.

Accumulo di polvere

L'accumulo di polvere è un altro problema comune, in particolare in ambienti desertici o industriali.

I team di manutenzione segnalano spesso la formazione di sottili strati di polvere attorno alle morsettiere e alle aperture di ventilazione. Sebbene la polvere da sola possa non causare un guasto immediato, riduce l'efficienza della dissipazione del calore e può aumentare il rischio di scariche superficiali (tracking) se combinata con l'umidità.

In diverse ispezioni sul campo, i quadri elettrici pesantemente contaminati dalla polvere hanno mostrato una distribuzione irregolare della temperatura, con la formazione di punti caldi localizzati attorno ai punti di connessione.

Umidità e condensa

L'ingresso di umidità o la condensa a lungo termine rappresentano un fattore critico nelle regioni costiere e ad alta umidità.

I tecnici sul campo osservano spesso tracce di corrosione sui terminali e sulle barre collettrici all'interno dei quadri installati vicino a parchi solari costieri. Nel tempo, la corrosione aumenta la resistenza di contatto, il che può portare a un riscaldamento localizzato durante il normale funzionamento sotto carico.

Anche quando il sistema continua a funzionare normalmente, i materiali isolanti possono degradarsi gradualmente a causa della ripetuta esposizione a cicli di umidità.

Limitazioni della ventilazione

Le limitazioni della ventilazione all'interno dei quadri di distribuzione FV compatti possono amplificare ulteriormente lo stress termico.

Nelle installazioni reali, specialmente dove i quadri sono densamente popolati da dispositivi di protezione, l'accumulo di calore è spesso irregolare. I componenti situati vicino alla parte superiore dell'armadio tendono a operare a temperature più elevate a causa dei moti convettivi naturali.

Se il flusso d'aria è limitato o il cablaggio ostruisce i percorsi di circolazione interna, possono verificarsi surriscaldamenti localizzati anche in condizioni di carico normali.

Questi fattori ambientali solitamente non causano un guasto immediato del sistema. Piuttosto, creano gradualmente condizioni che aumentano la resistenza elettrica, accelerano l'invecchiamento dei materiali e amplificano le debolezze esistenti nell'installazione o nella progettazione.

In molti casi reali, lo stress ambientale non è la causa diretta di incendi, ma un fattore contribuente che spinge connessioni o componenti già vulnerabili verso il guasto.

Fattori umani nei guasti elettrici

Molte problematiche dei sistemi FV sono in ultima analisi legate alle pratiche di installazione o manutenzione.

I fattori comuni che contribuiscono includono:

• Applicazione di una coppia di serraggio errata
• Qualità di crimpatura incoerente
• Utilizzo di marche di connettori incompatibili
• Registri di manutenzione incompleti
• Mancanza di procedure di ispezione periodica

Anche i componenti di alta qualità non possono compensare pratiche di installazione inadeguate.

Perché la maggior parte dei rischi di incendio mostra segnali di avvertimento precoci

L'esperienza sul campo dimostra costantemente che gli incendi di origine elettrica raramente si verificano senza preavviso.

I comuni indicatori precoci includono:

• Aumento graduale della temperatura
• Scolorimento dell'isolamento
• Odore di materiali surriscaldati
• Punti caldi localizzati rilevati tramite ispezione a infrarossi

Riconoscere precocemente questi segnali riduce significativamente il rischio di incendio negli impianti fotovoltaici.

Perché la sola prevenzione non è sempre sufficiente

I moderni sistemi fotovoltaici sono progettati con molteplici livelli di protezione, tra cui:

• Fusibili
• Interruttori automatici
• DOCUP
• Isolatori
• Sistemi di monitoraggio

Tuttavia, nessun sistema di protezione può eliminare tutte le possibili modalità di guasto.

Determinate condizioni come:

• Collegamenti allentati
• Graduale degrado dell'isolamento
• Usura meccanica nel tempo

potrebbe non attivare immediatamente i dispositivi di protezione.

Per questo motivo, i progettisti di sistemi considerano sempre più livelli di sicurezza aggiuntivi oltre alla protezione elettrica convenzionale.

Il ruolo dell'estinzione incendi localizzata nei quadri di distribuzione FV

Negli ultimi anni, i sistemi di estinzione incendi localizzati installati all'interno dei quadri elettrici sono stati valutati come misura di sicurezza aggiuntiva negli impianti fotovoltaici.

A differenza della protezione antincendio convenzionale a livello di edificio, questi sistemi sono progettati per agire direttamente all'interno dell'involucro in cui si verifica l'innesco.

Quando si sviluppa un incendio all'interno di uno spazio elettrico confinato, un intervento rapido può ridurre significativamente i danni e i tempi di inattività del sistema.

Tali sistemi non intendono sostituire i dispositivi di protezione elettrica, ma completarli come parte di un approccio di sicurezza a più livelli.

Costruire una strategia stratificata di protezione antincendio

Una strategia efficace di protezione antincendio per impianti fotovoltaici include solitamente diversi livelli:

1. Fase di progettazione del sistema

• Progettazione corretta del circuito
• Selezione corretta dei componenti

2. Fase di installazione

• Esecuzione a regola d'arte
• Corrette pratiche di serraggio e crimpatura

3. Dispositivi di protezione elettrica

• fusibili gPV
• Interruttori automatici
• DOCUP

4. Manutenzione preventiva

• Ispezioni a infrarossi
• Controlli periodici di serraggio
• Monitoraggio dello stato degli SPD

5. Soppressione incendi localizzata

• Sistemi di protezione antincendio a livello di armadio

Ogni livello contribuisce a ridurre il rischio complessivo del sistema.

Oltre ai tradizionali dispositivi di protezione elettrica, alcuni moderni impianti fotovoltaici stanno ora valutando ulteriori livelli di protezione all'interno dei quadri elettrici. Ciò include tecnologie di soppressione localizzata progettate per i rischi di incendio a livello di armadio.
Per saperne di più Soluzioni di estinzione incendi per quadri elettrici KUANGYA

Conclusione

I rischi di incendio nelle scatole di distribuzione solare fotovoltaica raramente derivano da un singolo guasto catastrofico. Al contrario, si sviluppano spesso gradualmente attraverso una combinazione di fattori elettrici, meccanici e ambientali. Affrontare i rischi di incendio nelle scatole di distribuzione fotovoltaiche richiede un approccio stratificato che combini progettazione, installazione e manutenzione.

Connessioni allentate, archi elettrici, installazione impropria dei fusibili, degrado degli SPD e stress ambientale contribuiscono all'accumulo di rischi a lungo termine.

L'approccio più efficace alla prevenzione degli incendi non si basa su un singolo dispositivo di protezione, ma sulla combinazione di una solida progettazione ingegneristica, componenti di alta qualità, corrette pratiche di installazione, manutenzione regolare e molteplici livelli di protezione.

Poiché i sistemi fotovoltaici continuano a espandersi a livello globale, migliorare la sicurezza antincendio elettrica all'interno delle apparecchiature di distribuzione rimane un aspetto critico per l'affidabilità del sistema a lungo termine. Una strategia completa di sicurezza antincendio fotovoltaica richiede il coordinamento tra la progettazione del sistema, i dispositivi di protezione elettrica e le soluzioni di sicurezza a livello di involucro fornite da KUANGYA

Domande frequenti (FAQ)

D1: Come posso identificare un potenziale rischio di incendio nella mia scatola di distribuzione fotovoltaica prima che si verifichi?

• Risposta: Cercare “firme termiche” come scolorimento della plastica, un leggero odore di bruciato o archi elettrici udibili (ronzio). Le scansioni termografiche (infrarossi) regolari sono il modo più efficace per rilevare connessioni ad alta resistenza — una delle principali cause profonde degli incendi in corrente continua — molto prima che raggiungano temperature di ignizione.

Q2: Il mio impianto fotovoltaico necessita obbligatoriamente sia di un SPD che di un RCBO?

• Risposta: Sì. Svolgono due funzioni distinte e non intercambiabili. Il SPD (Dispositivo di Protezione contro le Sovratensioni) funge da parafulmine per l'elettronica, assorbendo i transitori ad alta tensione. L' RCBO (Interruttore Differenziale con Protezione da Sovracorrente) protegge l'intero sistema da guasti a terra e cortocircuiti. Affidarsi a uno solo crea una “lacuna di protezione” che aumenta il rischio di incendio.

Q3: A quali standard internazionali deve essere conforme il mio quadro di distribuzione fotovoltaico?

• Risposta: Per un'affidabilità globale, i componenti del quadro di distribuzione devono essere conformi alla norma IEC 61439-1/-2 (Apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per bassa tensione) e IEC 60364-7-712 (Requisiti per impianti fotovoltaici). L'adesione a questi standard garantisce che il sistema sia riconosciuto dalle compagnie assicurative e dai gestori di rete in tutto il mondo.

D4: Con quale frequenza è richiesta una manutenzione professionale per un impianto fotovoltaico commerciale?

Risposta: La manutenzione professionale dovrebbe essere eseguita almeno ogni 6-12 mesi. Per impianti commerciali su larga scala, raccomandiamo ispezioni trimestrali, concentrandosi specificamente sui collegamenti elettrici all'interno dei quadri di parallelo e di distribuzione, dove la densità di corrente è più elevata.