Spegnimento rapido: un meraviglioso requisito di sicurezza elettrica

Se avete appena installato un impianto a pannelli solari, o se ne state guardando le foto, potreste notare una scatola con un interruttore on/off con la scritta "Spegnimento rapido". Ma cosa significa arresto rapido? Perché è importante per gli impianti a pannelli solari?

Come tutti sappiamo, la tecnologia fotovoltaica (PV) si sta evolvendo rapidamente e stiamo assistendo all'installazione di un numero sempre maggiore di impianti fotovoltaici sui tetti delle proprietà residenziali e commerciali. Sebbene le apparecchiature fotovoltaiche debbano essere certificate per la sicurezza contro i rischi di impatto e di incendio, queste certificazioni non tengono conto di tutte le interazioni specifiche con i vigili del fuoco che lavorano intorno alle strutture durante la soppressione degli incendi.

Molti Paesi si sono resi conto dell'importanza delle misure di sicurezza per garantire un funzionamento sicuro dell'impianto solare e consentire ai vigili del fuoco e al personale di emergenza un accesso sicuro alle aree del tetto. È qui che entra in gioco lo spegnimento rapido.

Introduzione all'arresto rapido

È un requisito di sicurezza elettrica stabilito dal National Electrical Code (NEC) per gli impianti a pannelli solari. In poche parole, fornisce un modo rapido per spegnere un sistema di pannelli solari sul tetto.

La National Fire Protection Association (NFPA) ha inserito il requisito di spegnimento rapido nel NEC per garantire la sicurezza dei primi soccorritori. Si spera che la vostra casa non prenda mai fuoco e che non dobbiate nemmeno preoccuparvi della funzione di spegnimento rapido, ma se ciò dovesse accadere, i vigili del fuoco possono utilizzare la soluzione di spegnimento rapido per spegnere il vostro sistema di pannelli solari nel caso in cui debbano salire sul vostro tetto. Sorprendentemente, questo non è sempre il caso di spegnere semplicemente un inverter solare: con alcune impostazioni dell'inverter solare, i cavi e i circuiti possono conservare l'energia anche quando l'inverter solare è spento, aumentando il rischio di scosse elettriche per i vigili del fuoco che lavorano su tetti o soffitte. Un interruttore di spegnimento rapido consente ai vigili del fuoco di tirare fisicamente l'interruttore in meno di un minuto, riducendo la tensione del sistema di pannelli solari a un livello sicuro.

Il requisito di spegnimento rapido oggi più familiare agli installatori è stato introdotto per la prima volta nel 2014; tra le altre cose, la normativa stabilisce uno standard per la riduzione rapida della tensione di qualsiasi conduttore (cioè il materiale in un filo o un cavo che scorre) se tali conduttori sono situati a più di 3 metri all'esterno dell'array o ad almeno 3 metri di lunghezza all'interno di un edificio. Le ultime normative, la NEC 2017, fanno un ulteriore passo avanti rispetto a questi standard: I nuovi regolamenti riducono i requisiti dei confini di chiusura per includere qualsiasi conduttore situato a meno di un metro dal campo solare o a più di un metro di lunghezza all'interno dell'abitazione.

Infatti, le modifiche alla NEC 2017 stabiliscono che lo spegnimento rapido deve avvenire su un singolo modulo solare, non su un intero campo solare. È importante notare che la NEC non è una legge federale: i singoli Stati possono scegliere di adottarla e rispettarla, così come le singole città o comuni. Ciò significa che i requisiti di spegnimento rapido del vostro Stato possono differire da quelli degli Stati confinanti (ne parleremo più avanti).

Quali sono i requisiti legali di un arresto rapido?

È un requisito del National Electrical Code (NEC). Ogni tre anni, il NEC pubblica una serie di requisiti aggiornati per la sicurezza degli impianti elettrici. Il NEC non è obbligatorio a livello federale e ogni Stato adotta il codice a suo tempo e a sua discrezione. Alcuni Stati scelgono un codice elettrico separato a livello statale.

Se vivete in uno stato che utilizza la normativa NEC 2014 o superiore, il vostro impianto solare dovrà seguire i requisiti di spegnimento rapido NEC per superare l'ispezione finale del vostro impianto e collegarlo alle utenze e all'alimentazione.

Di seguito è riportata una panoramica delle varie edizioni del National Electrical Code per una rapida chiusura:

NEC 2014

Nel 2014, quando è stata emanata la prima serie di norme che richiedevano che qualsiasi conduttore (cioè il materiale di un filo o di un cavo che scorre) fosse più di 3 metri al di fuori dell'array o almeno 3 metri all'interno di un edificio, era presente un interruttore di spegnimento rapido che richiedeva una rapida riduzione della tensione in caso di emergenza.

NEC 2017

La normativa è stata rivista nel 2017 e ampliata per includere le chiusure a livello di singolo modulo solare, anziché a livello di intero campo solare. Questa modifica della normativa richiede di spegnere qualsiasi conduttore a 1 metro di distanza dal campo a 80 volt in 30 secondi con un interruttore di spegnimento rapido, invece dell'area di 3 metri della NEC 2014.

NEC 2020

Non è cambiato molto con i recenti aggiornamenti normativi. Il cambiamento più significativo riguarda le linee guida per l'intero impianto. Invece di un sistema di spegnimento rapido omologato UL o marcato sul campo, ora è richiesto un sistema di controllo dei rischi fotovoltaici (PVHCS) omologato UL o marcato sul campo.

Tre modi per soddisfare i requisiti NEC per il 2017

Installare un sistema di spegnimento rapido "elencato" o marcato sul campo.

Il termine "listed" deriva dal nome originale del programma di certificazione UL di un secolo fa. Il National Electrical Code utilizza la parola "listed" ma non afferma specificamente che i prodotti e i sistemi devono essere certificati UL, bensì parla delle caratteristiche principali delle organizzazioni che forniscono servizi di certificazione. Ovviamente UL ritiene che i produttori debbano essere certificati UL in modo che i loro prodotti possano essere disattivati rapidamente, ma lo stesso vale per altri laboratori di prova riconosciuti a livello nazionale.

UL ha collaborato attivamente con l'industria e con altre parti interessate, come la comunità dei soccorritori, per sviluppare questi requisiti, cercando di dare la stessa fiducia ai soccorritori che interagiscono con questi sistemi mentre svolgono il loro dovere vitale di proteggere la società, le persone e le proprietà, e UL vuole renderli il più sicuri possibile.

Al Solar Energy International 2019, molti produttori di inverter solari e di apparecchiature per lo spegnimento rapido hanno mostrato la loro certificazione SunSpec. SunSpec ha sviluppato importanti protocolli per la comunicazione tra diversi dispositivi durante gli spegnimenti rapidi, ma non è un ente pubblico come UL. La semplice presenza dell'etichetta SunSpec non indica all'installatore che il prodotto è certificato per lo spegnimento rapido NEC 2017.

Un'altra parte della prima opzione di conformità, la marcatura del sito, si riferisce a una valutazione ingegneristica limitata che viene eseguita dopo l'installazione in un sito specifico. Se l'installazione soddisfa i requisiti NEC 2017, può essere contrassegnata come sistema di spegnimento rapido, se consentito dall'AHJ.

Installare un sistema in grado di ridurre la tensione a 80 V in 30 secondi.

I microinverter sono spesso considerati intrinsecamente adatti allo spegnimento rapido perché convertono un'alimentazione in corrente continua ad alta tensione in una fonte di alimentazione in corrente alternata a bassa tensione e più sicura, che può scendere a 80 V in 30 secondi. Tuttavia, secondo Boyce, il NEC 2017 non ha trattato specificamente i microinverter come un modo per soddisfare i requisiti di spegnimento rapido.

Alcuni microinverter sono progettati per avere una capacità all'estremità anteriore del circuito, per cui, a meno che l'ispettore non effettui effettivamente una misurazione della tensione, non c'è modo di sapere se è inferiore al limite di 80 V. UL ha eseguito in modo proattivo questi test per verificare che alcuni microinverter siano in grado di soddisfare la soglia degli 80 V, ma i test effettuati dopo l'installazione dell'inverter solare rappresentano una sfida.

Installazione di BIPV: Evitare i componenti metallici e la messa a terra

Durante l'installazione del sistema BIPV, non installare componenti metallici, non installare conduttori esposti e non installare entro un raggio di 8 piedi da metallo messo a terra.

Le tegole, i coppi o altri sistemi fotovoltaici integrati nell'edificio (BIPV) che non contengono parti metalliche o conduttori nudi o che non sono vicini ad alcun metallo collegato a terra possono soddisfare i requisiti della NEC 2017. Questi sistemi sono isolati dalla messa a terra e dai componenti conduttivi.

Cosa rende un sistema di spegnimento rapido?

Un sistema di spegnimento rapido prevede alcuni componenti critici:

Il primo è un dispositivo di spegnimento rapido (RSD). I dispositivi di spegnimento rapido sono un tipo di elettronica di potenza a livello di modulo (MLPE) o microinverter che vengono installati sul retro dei moduli solari. Sono dotati di una tecnologia in grado di spegnere e ridurre la tensione di uscita in tutto il sistema solare per rispettare le norme di spegnimento rapido del fotovoltaico. Un esempio di prodotto è il Tigo TS4-A-F o 2F, che è il nostro MLPE solo con conformità al Rapid Shutdown, ma Tigo offre diverse opzioni di MLPE con conformità al Rapid Shutdown.

Un altro componente è l'iniziatore. Un iniziatore di spegnimento rapido fa esattamente quello che il nome implica. Questo dispositivo è in genere un pulsante di arresto di emergenza (e-stop) presente in un inverter. In genere, l'arresto rapido può essere avviato in due modi: manualmente (tramite un pulsante di arresto elettronico) o automaticamente (perdita di potenza dalla rete).

Infine, in un sistema a spegnimento rapido è necessario un inverter solare. L'inverter solare è un dispositivo che converte l'elettricità prodotta dai moduli solari in energia utilizzabile per la vostra casa (per maggiori informazioni su questo processo, leggete il nostro blog precedente). Molti iniziatori di spegnimento rapido si trovano all'interno dell'inverter solare.

Questi tre componenti sono denominati Photovoltaic Rapid Shutdown Equipment (PVRSE). Si tratta di apparecchiature utilizzate in un sistema di spegnimento rapido che riduce la tensione a un livello sicuro. Il National Electrical Code degli Stati Uniti prevede che i PVRSE e i PVRSS debbano essere certificati UL per lo spegnimento rapido.

Tutti gli inverter hanno una funzione di spegnimento rapido?

Alcuni sistemi di inverter solari sono intrinsecamente conformi allo spegnimento rapido a livello di modulo (NEC 2017 e successivi), mentre altri richiedono componenti aggiuntivi per lo spegnimento rapido.

I microinverter e i sistemi di ottimizzazione della potenza sono gli inverter solari più diffusi negli Stati Uniti per gli impianti residenziali a pannelli solari. Fortunatamente, sia il microinverter che l'ottimizzatore di potenza funzionano in campo sulla scheda della batteria e dispongono di una funzione di spegnimento rapido integrata.

Se si installa l'inverter di serie da soli, potrebbe essere necessario installare anche l'elettronica di potenza a livello di modulo (MLPE) per conformarsi alla normativa NEC 2017 o NEC 2020. L'accoppiamento dell'ottimizzatore di potenza con un inverter solare di stringa dovrebbe essere sufficiente. Tuttavia, gli ottimizzatori di potenza non sono l'unica opzione per lo spegnimento rapido: con l'adozione della NEC 2017 da parte di un numero sempre maggiore di Stati, molti produttori di inverter solari di stringa o altre aziende del settore hanno introdotto nuove tecnologie MLPE con funzionalità di spegnimento rapido. In molti casi, questi MLPE, creati appositamente per lo spegnimento rapido, possono essere un'opzione più economica rispetto all'installazione di un ottimizzatore di potenza o di un microinverter.

Perché è necessario un dispositivo di spegnimento rapido?

È essenziale per gli impianti solari installati sui tetti. Anche se i tubi che vanno da pannello a pannello sono completamente sicuri, ci sono casi in cui questi tubi possono essere danneggiati dal sole. In questo caso, chiunque si trovi nelle vicinanze dell'impianto potrebbe essere esposto all'elettricità in tensione e potrebbe trovarsi in una situazione pericolosa. Ma con l'aiuto di una funzione di spegnimento rapido, il personale di emergenza può interrompere rapidamente l'alimentazione di queste tubature, consentendo un accesso sicuro ai luoghi intorno al sistema solare.

I conduttori del sistema di pannelli solari si caricano ogni volta che splende il sole. Senza questo dispositivo, non esiste un modo sicuro per interrompere il flusso di corrente che attraversa questi conduttori.

La maggior parte delle persone pensa di poter interrompere la corrente semplicemente spegnendo l'inverter solare, ma non è così. I pannelli solari continueranno a generare elettricità. I cavi dei pannelli solari continuano a produrre elettricità.

Questa corrente carica comporta il rischio di scosse elettriche per chiunque entri in contatto con un sistema di pannelli solari, compresi i primi soccorritori che potrebbero trovarsi ad affrontare emergenze sul tetto della vostra casa.

I vigili del fuoco sono particolarmente a rischio perché spesso ventilano gli edifici in fiamme praticando fori nei tetti o nelle pareti, il che può metterli direttamente a contatto con i conduttori o i fili degli impianti a pannelli solari.

Solar Rapid shutdown risolve questo problema spegnendo il sistema di pannelli solari entro un minuto, eliminando il rischio di folgorazione sul tetto.

Conclusione

I requisiti di spegnimento rapido sono adottati a livello globale per proteggere i vigili del fuoco che lavorano intorno agli impianti fotovoltaici. La normativa NEC richiede che la tensione venga ridotta a un livello di sicurezza utilizzando una serie di dispositivi (PVRSE) che costituiscono un sistema di spegnimento rapido (PVRSS). Gli inverter, gli avviatori e i dispositivi di spegnimento rapido come gli MLPE o i microinverter sono componenti necessari per la conformità alla normativa NEC.

Si tratta di un requisito di sicurezza imposto dal National Electrical Code (NEC) degli Stati Uniti che prevede la presenza di interruttori sui pannelli solari in grado di interrompere il flusso di energia attraverso il sistema. Uno spegnimento rapido riduce la tensione dei conduttori nei fili e nei cavi, proteggendo la casa da un rapido incendio.

Inoltre, protegge i primi soccorritori, come i vigili del fuoco, consentendo loro di interrompere rapidamente l'alimentazione nei conduttori, permettendo loro di accedere in sicurezza alle aree vicine al sistema.

L'arresto rapido dell'impianto solare è adatto solo a sistemi solari installato sul tetto. Se siete interessati a installare un impianto solare nella vostra casa, speriamo che questo tweet vi abbia aiutato a capire il rapido spegnimento e a migliorare la sicurezza del vostro sistema solare.