Quali dimensioni di fusibili sono necessarie per il tuo impianto solare?

Questo articolo del blog vi insegnerà come determinare quando e se è necessario aggiungere fusibili in linea durante la progettazione di un impianto solare per camper. A volte è necessario installare fusibili nel vostro impianto solare, a volte no. Dietro questa decisione ci sono molte considerazioni, ma alla fine... è il NEC (National Electric Code) a prendere la decisione per noi. Alla fine di questo articolo saprete quando, dove e quali dimensioni di fusibili sono necessari per il vostro impianto solare.

Fusione di un pannello solare

Il National Electric Code è piuttosto chiaro su questo argomento nel NEC 690.9 (A) (edizione 2020) e afferma (parafrasando per chiarezza):

I pannelli solari con disponibilità di corrente superiore (stringhe parallele di pannelli solari) rispetto al valore massimo del dispositivo di protezione da sovracorrente specificato per il pannello devono essere protetti da sovracorrente. TRANNE quando le correnti di cortocircuito provenienti da tutte le fonti non superano la portata dei cavi e il valore massimo del dispositivo di protezione da sovracorrente specificato sulla targhetta del modulo fotovoltaico.

690.9 Protezione da sovracorrente.

(A) Circuiti e apparecchiature. I conduttori e le apparecchiature del circuito CC dell'impianto fotovoltaico, dell'uscita dell'inverter e dell'impianto devono essere protetti dalle sovracorrenti. I circuiti dimensionati in conformità alla norma 690.8(A)(2) devono essere protetti dalle sovracorrenti con dispositivi di protezione dalle sovracorrenti. Ogni circuito deve essere protetto dalle sovracorrenti in conformità alla norma 690.9(A)(1), (A)(2) o (A)(3).

(1) Circuiti in cui non è richiesta la protezione da sovracorrente.

I dispositivi di protezione da sovracorrente non sono richiesti quando sono soddisfatte entrambe le seguenti condizioni:

(1) I conduttori hanno una portata sufficiente per la corrente massima del circuito.

(2) Le correnti provenienti da tutte le fonti non superano il valore massimo del dispositivo di protezione da sovracorrente specificato per il modulo fotovoltaico o il convertitore di potenza elettronico.

PUNTO CHIAVE: Ciò significa che se la corrente di cortocircuito dell'intero pannello solare è SUPERIORE al valore massimo del fusibile in serie riportato sull'etichetta del pannello solare, ogni pannello collegato in parallelo (o stringa in serie) deve essere protetto da fusibile.

Ciò significa che per determinare se il tuo impianto solare necessita di essere protetto da fusibile sono necessarie due cose:

•La corrente di cortocircuito del tuo pannello solare.

•Il valore massimo del fusibile in serie del pannello solare.

Con queste due informazioni, segui i passaggi indicati in questa infografica per determinare se è necessario utilizzare fusibili nel tuo impianto solare:

Perché è necessario fondere un pannello solare?

Nel caso in cui il vostro impianto solare debba essere dotato di fusibile perché la corrente di cortocircuito dell'impianto è superiore alla portata massima del fusibile in serie del pannello, dovete fondere l'impianto nel punto in cui i pannelli o le stringhe in serie si uniscono per prevenire potenziali incendi o surriscaldamenti dovuti a un pannello difettoso. Ecco cosa succede in un impianto senza fusibile se si verificasse un cortocircuito all'interno del pannello:

Nel caso in cui il pannello n. 3 sviluppi un cortocircuito interno o un guasto di qualche tipo... i pannelli n. 1 e n. 2 cercheranno il percorso di minor resistenza (il punto del cortocircuito) per completare i loro circuiti. Ciò significa che ci sarebbero 20,4 A che fluiscono verso il pannello n. 3, combinati con i 10,2 A DAL pannello n. 3 dove POTENZIALMENTE potrebbero fluire 30,6 A attraverso il cortocircuito, che è oltre 15 A superiore all'amperaggio massimo nominale del pannello ed è un amperaggio maggiore di quello che il pannello è progettato per gestire.

Ora... cosa succederebbe se ci fossero dei fusibili collegati a ciascuno dei fili positivi di ciascun pannello solare, nel punto in cui si collegano al combinatore MC4?

Nel caso in cui il pannello n. 3 sviluppi un cortocircuito interno o un guasto di qualche tipo... i pannelli n. 1 e n. 2 cercherebbero il percorso di minor resistenza (il punto del cortocircuito) per completare i loro circuiti. Ciò significa che ci sarebbero 20,4 A che fluirebbero al pannello n. 3, TRANNE che, poiché abbiamo installato un fusibile da 15 A a protezione del circuito del pannello tre... quel fusibile salterebbe e isolerebbe il pannello difettoso a un cortocircuito che rientra nei parametri massimi di cortocircuito di quel pannello.

Ecco perché, per codice, in questa matrice sono richiesti i fusibili.

Perché un pannello solare NON dovrebbe avere bisogno di essere fuso?

Se la corrente di cortocircuito del pannello solare è inferiore al valore massimo del fusibile in serie del pannello solare, il pannello NON necessita di fusibili. L'installazione di fusibili in questo tipo di pannello non aggiunge alcuna protezione o vantaggio aggiuntivo, ed ecco perché:

Lo schema sopra mostra 3 pannelli da 200 W collegati in serie. Ogni pannello solare ha una corrente di cortocircuito di 10,2 A, una corrente di esercizio di 9,8 A e una corrente massima del fusibile in serie di 15 A.

Poiché la potenza massima del fusibile in serie è di 15 A, sappiamo che i fili, i diodi, i connettori e gli altri componenti interni del pannello solare possono gestire un massimo di 15 A.

Se si verificasse un cortocircuito o un altro malfunzionamento all'interno di uno dei pannelli solari, poiché la corrente di cortocircuito dell'array è di 10,2 A, si può affermare con certezza che il pannello stesso è progettato per gestire questo evento di cortocircuito, in quanto la corrente di cortocircuito non può superare la potenza massima del fusibile del pannello.

Ora... Cosa succederebbe se volessi semplicemente aggiungere un fusibile "per sicurezza":

In definitiva... non farebbe nulla... In caso di cortocircuito, scorrerebbero 10,2 A. In condizioni di funzionamento normale, scorrerebbero 9,8 A. Certo, un fusibile da 10 A si troverebbe effettivamente tra questi due valori, ma la differenza di 0,2 A in entrambe le direzioni:

• Non lasciare mai che il fusibile si bruci, oppure…

• Far sì che il fusibile subisca costantemente delle brusche bruciature in normali condizioni operative.

Ecco perché, per legge, in questo scenario non è richiesto un fusibile.

Codice elettrico vs discrepanze nel mondo reale

A volte, si verifica una discrepanza tra ciò che accadrebbe in uno scenario reale e quanto richiesto dalle normative. In tal caso... attenersi SEMPRE alle normative elettriche. Le normative elettriche a volte sono un po' più conservative, ma c'è un motivo.

Ecco un esempio di una configurazione che NON trarrebbe vantaggio dai fusibili, ma li richiede secondo il codice elettrico.

Questo scenario richiederebbe effettivamente l'uso di fusibili in questo array perché la corrente di cortocircuito dell'array pari a 20,4 è maggiore della potenza massima del fusibile in serie da 15 A dei pannelli utilizzati.

Nel caso in cui il pannello n. 2 presentasse un guasto interno, l'energia prodotta nel pannello n. 1 cercherebbe il percorso di minor resistenza e fluirebbe nel pannello n. 2. Ciò significherebbe che l'area del pannello interessata dal guasto riceverebbe potenzialmente 20,2 ampere di corrente.

Sebbene siano presenti fusibili da 15 A nelle posizioni appropriate, la corrente che passa dal pannello n. 1 al pannello n. 2 non sarebbe sufficiente a far saltare nessuno dei due fusibili.

Sebbene questa non sia la soluzione ideale, è quasi impossibile evitarla quando si utilizzano due pannelli o due stringhe in serie in parallelo e questa configurazione NON è vietata dal Codice Elettrico Nazionale, quindi è una di quelle situazioni per cui non puoi far altro che rilassarti e dire: "Va bene". Se NON FOSSE bene... ci sarebbe un codice elettrico o una norma che direbbe qualcosa al riguardo.

Fondere un pannello solare per camper: considerazioni finali

I guasti nei pannelli solari sono piuttosto rari. Nella MAGGIOR PARTE dei pannelli solari sono presenti diodi che non consentono il verificarsi della maggior parte degli scenari sopra descritti. La fusione è necessaria per garantire la ridondanza nel caso in cui uno dei diodi si guasti o si verifichi un altro problema nel pannello. Un pannello solare non è poi così complesso. È praticamente solo un insieme di celle al silicio fuse tra un vetro laminato collegato a diodi e fili. Anche se una cella si brucia, di solito il pannello continua a funzionare. Ma... poiché il Codice Elettrico Nazionale prevede specificamente la questione della fusione di un array, dovremmo davvero seguirlo nel nostro tentativo di progettare e costruire un impianto elettrico di fascia alta per camper.