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CORSO DI AGGIORNAMENTO CSE _CSP 1.Impianti fotovoltaici: Tipologie e schemi di funzionamento. Attuali lacune nella normativa tecnica CEI 64 – 8 par. 712;

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1 CORSO DI AGGIORNAMENTO CSE _CSP 1.Impianti fotovoltaici: Tipologie e schemi di funzionamento. Attuali lacune nella normativa tecnica CEI 64 – 8 par. 712; 2.Principali rischi connessi all’installazione impianti fotovoltaici: incendio ed elettrocuzione: 3 casi oggetto di intervento; 3.Caratteristiche di reazione al fuoco dei moduli FV secondo le indicazioni dei VVF (Guida all’installazione del 7/2/2012 e chiarimenti); 4.Scuola Antincendi di Trento: soluzioni testate sull’impianto del centro di addestramento di Marco di Rovereto, sistemi Solteq e Solaredge; 5.Formazione all’installazione dei pannelli fotovoltaici D. Lgs. 28/11; 6.Rischio elettrico: Norme CEI 11 – 27 e 11 – 15; 7.Progettazione di impianti fotovoltaici e sistemi anticaduta; 8.Novità introdotte dalla nuova norma UNI 795/2012; 9.9. Strutture prefabbricate: quali modalità e DPI devono essere impiegati per il loro montaggio in sicurezza. Dalla Circolare MLPS n. 13/82 al TU 81/08.

2 IMPIANTI FOTOVOLTAICI: TIPOLOGIE E SCHEMI DI FUNZIONAMENTO Lo sviluppo sostenibile è quello sviluppo che consente alla generazione presente di soddisfare i propri bisogni senza compromettere la capacità delle future generazioni di soddisfare i loro propri bisogni (Rapporto BRUNDTLAND 1987)

3 Dal Protocollo di Kyoto (1997) ratificato nel 2005 e ss. m. e i. (Kyoto 2) Maggiore sensibilità sul problema dell'imquinamento del nostro pianeta e politiche nazionali volte ad incentivare l'ecosostenibilità ambientale al fine di ridurre l'emissione globale di CO2 Strategie messe in campo: green economy, bioedilizia, incentivi per l'impiego di fonti rinnovabili, riqualificazione energetica degli immobili esistenti

4 Gli impianti fotovoltaici trasformano la luce del sole in energia elettrica. Essi basano il loro funzionamento sull’effetto fotovoltaico, cioè sulla capacità dei materiali semiconduttori (ad esempio il silicio) di produrre energia elettrica quando colpiti da radiazione luminosa. Materiale di base: il silicio. Drogaggi campo elettrico incorporato Esposizione della cella alla luce i fotoni presenti nella radiazione luminosa “staccano” gli elettroni dagli atomi di silicio. Il campo elettrico spinge gli elettroni in una direzione, lasciando dall’altra parte un eccesso di cariche positive: è la differenza di potenziale che ci serve Chiusura del circuito passaggio di corrente Con il termine drogaggio, nell'ambito dei semiconduttori, si intende l'aggiunta al semiconduttore puro ("intrinseco") di piccole percentuali di atomi non facenti parte del semiconduttore stesso allo scopo di modificare le proprietà elettroniche del materiale. Il drogaggio in genere aumenta la conducibilità elettrica del semiconduttore.

5 DEFINIZIONI SUI FV TRATTE DALLA GUIDA CEI 64 – 8 par Cella fotovoltaica: Dispositivo FV fondamentale in grado di generare elettricità quando viene esposto a radiazione solare Modulo FV: Minimo insieme di celle fotovoltaiche interconnesse e protette contro gli agenti atmosferici. Ndr: Le celle vengono collegate e saldate tra loro mediante terminali (bandelle metalliche elettrosaldate) sui contatti anteriori e posteriori in modo da formare le stringhe Stringa FV: Insieme di moduli collegati elettricamente in serie per generare la tensione in uscita richiesta

6 Campo (Generatore) FV: Insieme di tutti i moduli FV in un dato sistema FV

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8 Tipologie di sistemi fotovoltaici L’energia elettrica in corrente continua prodotta dai moduli fotovoltaici può essere utilizzata per alimentare direttamente l’impianto elettrico dell’utenza e si parla in questo caso di Sistemi fotovoltaici in isola (“stand alone”), isolati dalla rete di distribuzione dell’energia elettrica ed è presente un sistema di accumulo dell’energia elettrica in modo da conservare l’energia non consumata immediatamente ed usarla quando i moduli fotovoltaici non producono elettricità (di notte o quando piove)

9 IN TERMINI TECNICI

10 Sistemi fotovoltaici connessi alla rete cd. grid – connected volti ad alimentare l’impianto elettrico dell’utenza in parallelo alla rete elettrica: in questo caso non ci sono batterie, l’uscita dell’inverter va collegata alla rete elettrica: l’eccesso di energia prodotta istantaneamente dall'impianto fotovoltaico viene ceduta alla rete elettrica del distributore e misurata mediante contatori supplementari; in caso contrario, quando la potenza richiesta dall'utenza è superiore alla produzione istantanea dell'impianto fotovoltaico, l’impianto elettrico dell’utente preleva energia dalla normale rete elettrica.

11 IN TERMINI ELETTROTECNICI

12 Gli impianti possono avere uno schema monofase o trifase. La normativa permette un impianto monofase se il contratto di fornitura è fino ai 6kW di potenza di picco. Al di sopra è necessario un allacciamento trifase. Nel seguito si riportano, a titolo di esempio, alcune schematizzazioni di impianti fotovoltaici, descrivendo brevemente i componenti presenti nelle diverse tipologie.

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14 In termini tecnici, il kilowatt picco (kw picco o kWp) è l'unità di misura della potenza massima che può essere prodotta, in linea teorica, da un generatore elettrico la cui potenza varia nel tempo, com'è il caso tipico di un impianto fotovoltaico. Queste condizioni ottimali (stabilite con precisione dallo IEC, Commissine elettronica internazionale, eindicate come Standard Test Conditions sono: irraggiamento di W/m2, temperatura della cella di 25°C, spettro AM 1,5 Si tratta quindi di un valore che attiene alle caratteristiche tecniche del modulo indipendentemente dalla zona dove viene installato. Il rendimento in kWh/kWp da regione a regione Per quanto riguarda le oscillazioni di rendimento da regione a regione, un impianto fotovoltaico nella pianura Padana può produrre ad esempio intorno ai kWh all'anno per ogni kWp di potenza, mentre nell'Italia del Sud può arrivare ai o kWh/kWp all'anno e in Sicilia e Sardegna fino a 1500 kWh/kWp all'anno.

15 L’installazione degli impianti fotovoltaici Impianti FV fino a 20 kWp installati sugli edifici o nelle pertinenze degli edifici: ricadono nell’ambito di applicazione della Legge n. 37/08 articolo 1, lettera a, “impianti di produzione, di trasporto, di distribuzione e di utilizzazione dell’energia elettrica all’interno degli edifici a partire dal punto di consegna dell’energia fornita dalla società distributrice”. Impianti FV maggiori di 20 kWp o installati all’aperto (per esempio su pensiline): non ricadono nell’ambito di applicazione del Decreto n. 37/08 se non sono collocati all’interno di pertinenze di edifici.

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17 ESTRATTO Lettera Circ. Min. Interno 24/04/08

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20 ESTRATTO D.M. 7 agosto 2012 punto 3.3. All. III in cui si ribadisce quanto indicato nella nota Circolare del 24 aprile 2008

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22 REQUISITI GENERALI DELLE IMPRESE INSTALLATRICI La ditta installatrice deve redigere il POS (se ha dipendenti o equiparati) e deve avere un responsabile tecnico in possesso dei requisiti previsti dal DM 37/08. I materiali e le apparecchiature utilizzati devono essere realizzati e costruiti a regola d’arte, cioè secondo le Norme tecniche CEI oppure EN, ai sensi della Legge 1 marzo 1968, n Il materiale elettrico specificato nella Direttiva del Consiglio 73/23/CEE del 19 febbraio 1973 deve essere costruiti conformemente ai criteri di sicurezza contenuti nel testo di legge e recare le marcature corrispondenti, tra cui la marcatura CE di conformità.

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24 La massa estranea è definita nell’art delle CEI 64-8 come “Parte conduttrice non facente parte dell’impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale, generalmente il potenziale di terra”. Le masse sono, per definizione (CEI 64-8 art 23.2.), quelle parti conduttrici di un componente elettrico che possono essere toccate e che normalmente non sono in tensione, ma possono andare in tensione a seguito di un guasto. Quindi sono “massa”  la carpenteria metallica di un quadro elettrico  un motore  un apparecchio di illuminazione metallico  il polo di terra delle prese  L’apparecchio di illuminazione è una massa anche se posto a 4 m di altezza, perché è evidentemente fuori dalla portata di mano, ma può comunque essere toccato ad esempio dall’addetto alle pulizie, o dall’elettricista che è stato chiamato per riparare la lampada che “non si accende”.

25 ESEMPI CONCRETI Si verifica un guasto verso terra in un punto qualsiasi dell’impianto all’interno dell’appartamento. Prima che intervengano le protezioni differenziali (questione di qualche millisecondo), tutto l’impianto di terra dell’appartamento si eleva di tensione. Essendo tutte le masse collegate fra loro dai conduttori di protezione dell’impianto di terra, se un punto qualsiasi dell’impianto “va in tensione” anche tutte le masse ad esso collegato vanno in tensione quindi la persona che dovesse toccare contemporaneamente il frigorifero e la lampada non è sottoposto a nessuna differenza di potenziale in quanto entrambe sono a 230V Immaginiamo ora che il malcapitato, durante il guasto tocchi contemporaneamente, non due masse, ma il frigorifero (che è andato in tensione) e il rubinetto dell’acqua che è a tensione zero. Tale tubo metallico non è collegato all’impianto di terra e arriva da molto lontano, da un punto che non è influenzato dal guasto, pertanto rimane a potenziale zero. Per il tempo di intervento delle protezioni la persona è sottoposta ad una tensione di circa 230 V. Se però colleghiamo a terra anche il tubo dell’acqua tutto questo non succede in quanto anche il tubo si eleva di tensione. Chiaramente per poter essere a “potenziale zero”, la massa estranea deve provenire da fuori dell’impianto di terra, o per essere più precisi deve provenire dall’”esterno della geometria del dispersore di terra”. Se è interna all’impianto, quindi in pratica collegata all’impianto stesso, in caso di guasto si eleverà di tensione, quindi non potrà creare pericoli, e pertanto non rientra nella definizione di massa estranea.

26 Per i luoghi a maggior rischio elettrico:  locali medici;  luoghi conduttori ristretti;  bagni e docce;  piscine;  locali agricoli; SONO MASSA ESTRANEA: Esse vanno collegate al collettore cui arriva il conduttore di terra con conduttori che costituiscono il collegamento equipotenziale principale: EQP bisogna considerare tutte le masse estranee di ogni locale e collegarle all'impianto di terra: tale tipo di collegamento è detto collegamento equipotenziale supplementare: EQS. Esso è effettuato in ogni locale e si aggiunge a quello eseguito per l'edificio nel suo complesso, detto principale.

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28 EMERGE QUINDI UN PROBLEMA DI SICUREZZA ELETTRICA... Che è stato affrontato su un impianto sperimentale a Marco di Rovereto dalla Scuola Provinciale Antincendi di Trento in collaborazione con il locale comando dei Vigili del Fuoco sulla base delle seguenti considerazioni:

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30 Quali sono le problematiche riscontrate nella maggior parte degli impianti fotovoltaici

31 LE POSSIBILI SOLUZIONI CITATE NELLE Linee guida della scuola di Trento In commercio si utilizzano fusibili per impianti fotovoltaici lato c.c. che assicurano la Sovracorrente: il circuito viene percorso da una corrente poco superiore rispetto a quella di progetto alla linea. Ne discende che l’isolante del cavo viene a subire un riscaldamento poco superiore a quello per il quale è stato realizzato ma per un tempo notevolmente lungo. Il cavo percorso da questo tipo di corrente brucia dopo qualche ora. Rilevano le correnti troppo elevate (sovracorrenti) che passano nel circuito ed in tal caso interrompono (aprono) il circuito.

32 Si ha cortocircuito quando vengono a contatto due o più conduttori attivi (fasi, neutro, poli positivi, poli negativi), innescando, nella linea elettrica interessata, una corrente elevatissima data dall'assenza di resistenza. Anche in questo caso il dispositivo di sicurezza interviene aprendo il circuito. Il cavo viene percorso, a seguito di un guasto in una apparecchiatura elettrica da esso alimentata, da una elevata corrente ( da 100 a 4000 A) per cui viene riscaldato violentemente e l’isolante subisce un riscaldamento e deterioramento istantaneo. La durata del fenomeno è dell’ordine di vari secondi. Altra differenza è che nel cortocircuito il tempo di intervento deve essere brevissimo, mentre per le sovracorrenti è proporzionale all'entità del sovraccarico.

33 PROTEZIONE DALLE SOVRATENSIONI: GLI SCARICATORI (SPD) LATO C.C. e A.C. Per le sovratensioni si intendono quelle di origine atmosferica (fulmini) e di rete (interna – guasti), che possono comportare danni agli utilizzatori, alle persone ed indirettamente incendi.

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35 SCHEMA DI PANNELLO TRATTO DALLA GUIDA CEI 64- 8

36 LACUNE NELLA NORMA TECNICA CEI 64 – 8 La norma CEI 64-8 non ha ancora stabilito come effettuare il sezionamento automatico dei circuiti (art : prescrizioni allo studio). possono non comandabili a distanza Nelle scatole di giunzione dei pannelli e delle stringhe, possono essere installati dispositivi di protezione non comandabili a distanza in caso di emergenza… Pertanto,le condutturein corrente continua sinoall’inverter, possono rimanere in tensione Pertanto, le condutturein corrente continua sino all’inverter, possono rimanere in tensione continuano a produrre in caso di cortocircuito I pannelli continuano a produrre senza danneggiarsi anche in caso di cortocircuito ai morsetti (circola la corrente ISC di corto circuito)

37 Tali problematiche si sono riscontrate anche a livello internazionale ed europeo: GERMANIA

38 PARALLELISMI Con «L’Elettrotecnica applicata ai serivizi antincendi» edito DIREZIONE CENTRALE PREVENZIONE e SICUREZZA TECNICA Min. Interno

39 Sempre in Germania...

40 Negli Stati Uniti invece...

41 I sistemi di sgancio analizzati dalla Scuola VVF di Trento

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47 L’impianto sperimentale a Marco di Rovereto La ricerca è stata condotta su un impianto fotovoltaico da 5,7 kWp composto da 30 moduli da 190 W suddivisi su due stringhe da 15 pannelli. In fase di montaggio sono stati installati due sistemi di messa fuori tensione dei pannelli (SolteQ e SolarEdge), per valutarne efficacia e affidabilità in condizioni reali. Un analizzatore di rete è stato posto su ognuna delle due stringhe per ricavare i dati di tensione e corrente sul lato c.c., anche in caso di impianto spento sul lato corrente alternata. Si ricorda che in ogni procedura d’intervento sia italiana che internazionale l’apertura dell’interruttore generale dell’impianto elettrico sul lato corrente alternata è la prima operazione da fare. In questo caso si spegne automaticamente l’inverter e siamo nella situazione di circuito aperto.

48 Un analizzatore di rete è stato posto su ognuna delle due stringhe per ricavare i dati di tensione e corrente sul lato c.c., anche in caso di impianto spento sul lato corrente alternata.

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51 VALUTAZIONE DEL RISCHIO INCENDIO: SCENARI POSSIBILI

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57 Rischi in caso di intervento con pannelli fotovoltaici (PROT. EM 622/867 del 18/02/2011) Rischio di caduta (operatore e pannelli) rischio comune se i panelli sono montati sui tetti soprattutto con il buio e fumo, si evidenzia infatti che gli stessi hanno una superficie di vetro molto scivolosa. Rischio di caduta dei pannelli: causa il loro peso, il rischio di collasso della struttura deve essere preso in maggiore considerazione. Anche la caduta dei pannelli non è da trascurare a causa del distacco degli stessi o dopo il crollo del tetto (attenzione alla caduta neve durante la stagione invernale). Rischio di inalazione di prodotti chimici pericolosi i materiali usati nei pannelli possono diventare pericolosi in caso di esposizione all’incendio o in caso di esplosione. In questi casi i pannelli possono rilasciare sostanze chimiche che possono comportare problemi di natura tossicologica o causare danni all’ambiente. Rischio di natura elettrica In presenza di luce il sistema continua a produrre energia elettrica.

58 Rischi in caso di intervento con pannelli solari termici Rischio di caduta rischio comune se i panelli sono montati sui tetti soprattutto con il buio e fumo, si evidenzia infatti che gli stessi hanno una superficie di vetro molto scivolosa. Rischio di crollo della struttura e di caduta dei pannelli causa il loro peso, il rischio di collasso della struttura deve essere preso in maggiore considerazione. Anche la caduta dei pannelli non è da trascurare a causa del distacco degli stessi o dopo il crollo del tetto (attenzione alla caduta neve durante la stagione invernale) Rischio di ustione causa liquidi cocenti nel caso di rottura del pannello solare termico o dei collettori del liquido riscaldato può fuoriuscire del liquido che durante il giorno può raggiungere anche i 200 C°, pericolo che persiste anche durante la notte in quanto il liquido può mantenere una temperatura di 90 C°. I serbatoi sul tetto sono abbastanza grandi e di notevole peso.

59 COSTRUZIONE DEL MODULO FOTOVOLTAICO IN SILICIO Il modulo fotovoltaico in silicio è costituito da un sandwich di materie prime detto laminato e dai materiali accessori atti a rendere usabile il laminato. Sandwich o Laminato Il laminato viene preparato con i seguenti materiali: Vetro (i moduli costruiti in Italia abitualmente usano vetro da 4 mm di spessore) Etilene vinil acetato - EVAEtilene vinil acetato Celle mono o policristalline EVA (composto elastico utilizzato nei moduli fotovoltaici a protezione delle celle fotovoltaiche) Backsheet o Tedlar (copertura di fondo) Il vetro viene usato come base su cui viene steso un sottile foglio di EVA. Al di sopra dell'EVA vengono posizionate le celle rivolte con il lato fotosensibile verso il basso, viene steso un altro foglio di EVA e quindi un foglio di materiale plastico isolante (PET o similare) oppure un'altra lastra di vetro. Il vetro è a basso contenuto di ferro per garantire una maggiore trasparenza ai raggi solari ed è temperato. Un vetro di questo tipo lascia passare circa il 91,5% dell'irraggiamento ricevuto.PET

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