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EuroWire – Novembre 2011
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articolo tecnico
Cavi per applicazioni
fotovoltaiche
A cura di Jorg Bor di Friedrich Lütze GmbH & Co KG, Stefan Grunwald di Lütze Inc e Ilona Hirtz di Kabelwerke Villingen GmbH
Riassunto
La recente espansione del mercato delle
energie rinnovabili riguarda sia l’energia
eolica che l’energia solare. In numerosi
paesi questa crescita è sostenuta da
sovvenzioni governative.
Le applicazioni esterne in impianti di
energia rinnovabile richiedono elevati
requisiti termici e meccanici dai cavi e
da altri componenti. Pertanto, alcuni
organismi di normalizzazione nazionali
hanno specificato i requisiti generali per i
cavi che si utilizzano negli impianti solari.
Nel 2005 fu pubblicata negli Stati Uniti
la norma UL 4703. Lo stesso anno,
fu creato in Germania un gruppo di
lavoro congiunto denominato “Cavi
per applicazioni fotovoltaiche” che nel
febbraio 2008 pubblico una specifica.
La specifica tedesca richiede prestazioni
molto alte a temperature elevate per i
cavi. Vari istituti tedeschi hanno accettato
questa specifica ed ora offrono le relative
certificazioni. La domanda per questo cavo
certificato è enorme nel mercato europeo
ed asiatico.
A causa delle differenze fra i requisiti dei
diversi paesi, la norma UL 4703 non può
essere associata alla specifica tedesca. I
diversi requisiti per cavi solari presentano
vantaggi e svantaggi che dipendono dalle
specifiche condizioni regionali.
1 Introduzione
Il mercato delle energie rinnovabili è in
rapida espansione. Merill Lynch
[1]
prevede
un aumento pari a dieci volte per i prossimi
cinque anni. Questa crescita si riferisce sia
all’energia eolica, sia all’energia solare.
Dato
l’interesse
pubblico,
numerosi
governi hanno deciso di sostenere
l’economia delle energie rinnovabili con
consistenti sovvenzioni. Pertanto, ci si può
attendere addirittura un’ulteriore crescita
di questo mercato.
2 Condizioni esterne
Il mercato fotovoltaico è un mercato
molto specifico, pertanto devono essere
presi in considerazione vari regolamenti
nazionali. Le dimensioni di un sistema
possono variare da un piccolo impianto
solare per abitazioni con una potenza
nominale di pochi kilowatt a grandi
centrali solari nell’ordine dei Gigawatt.
Inoltre, i componenti utilizzati in questi
sistemi devono essere adeguati a queste
specifiche applicazioni.
Un fattore determinante, comune a
tutti i sistemi di potenza fotovoltaici, è
l’installazione all’esterno, che comporta
alte temperature e, ovviamente, radiazioni
UV elevate. É necessario prendere in
considerazione anche l’esposizione agli
agenti atmosferici e l’umidità. Inoltre, la
sicurezza e l’affidabilità sono aspetti molto
importanti.
I perfezionamenti nella tecnologia dei
pannelli solari determinano le prestazioni
elettriche dei componenti. Generalmente,
i sistemi solari utilizzano corrente
continua a bassa tensione e i pannelli
sono commutati in parallelo. Pertanto, la
corrente costituisce il parametro elettrico
determinante. In termini di cavi, questo si
traduce in sezioni di conduttori diverse.
3 Specifica comune
degli istituti
tecnici tedeschi
Nel 2005, l’organismo nazionale di
normalizzazione tedesco del settore
elettrotecnico DKE costituì un gruppo di
lavoro denominato “Cavi per applicazioni
fotovoltaiche” che portò alla redazione di
una specifica pubblica. Questo documento
fu pubblicato nel febbraio 2008
[2]
. Data la
stretta collaborazione che intercorse fra
diversi istituti, questa specifica è identica
alla specifica TÜV-2 PfG 1169/08.2007
e alla specifica VDE E PV 01:2008-02.
Il
sottocomitato
dell’organismo
UK
411.2 di DKE autorizzò la pubblicazione
e applicazione del documento, ma a
causa dei regolamenti CENELEC non fu
adottato come norma a livello nazionale
in Germania.
4 Dettagli tecnici della
specifica tedesca
La specifica tedesca
[2]
prevede un notevole
aumento dei requisiti per quanto riguarda
le prestazioni dei cavi ad alte temperature.
È richiesta inoltre un’elevata stabilità
meccanica; il cavo deve essere ignifugo
e privo di alogeni. Generalmente, per
soddisfare queste specifiche, i fabbricanti
utilizzano copolimeri poliolefinici reticolati
antifiamma e privi di alogeni come
materiale per l’isolamento e il rivestimento
dei cavi.
Secondo le specifiche DKE, il cavo solare
deve essere un cavo unipolare con doppio
strato di isolamento e ciascuno strato deve
avere uno spessore minimo di 0,5mm.
I test più importanti richiesti in questa
specifica
[2]
sono trattati qui di seguito:
4.1 Gamma di temperatura
Secondo la specifica tedesca
[2]
i cavi solari
devono essere progettati per una gamma
di temperatura che va da -40°C a +90°C.
La temperatura massima specificata per il
conduttore è di +120°C.
4.2 Prova di pressione ad alta
temperatura
L’obiettivo di questa prova è controllare
la stabilità meccanica dell’isolamento e
del rivestimento del cavo sottoposto ad
elevato carico termico e meccanico. La
prova viene effettuata su un cavo intero
secondo il metodo di prova descritto nella
norma IEC 60811-3-1. La temperatura di
prova è di +140°C e il carico si applica per
quattro ore.
4.3 Prova di piegatura a freddo
e prova di resistenza all’urto
a bassa temperatura
Le centrali solari devono essere in grado
di funzionare in condizioni di temperatura
estreme.