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304 Nord Cardinale
St. Dorchester Center, MA 02124
Orario di lavoro
Da lunedì a venerdì: dalle 7.00 alle 19.00
Fine settimana: 10.00 - 17.00
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spd dc per impianti solari fotovoltaici dai transitori di tensione distruttivi causati da fulmini, eventi di commutazione e disturbi di rete. La scelta dei tipi di SPD e delle posizioni di installazione appropriate richiede la comprensione delle differenze critiche tra i dispositivi di tipo 1 e di tipo 2 e del modo in cui si coordinano per fornire una protezione completa del sistema. Questa guida dettagliata copre tutto ciò che i progettisti e gli installatori di impianti solari devono sapere sull'implementazione di un'efficace protezione SPD DC.
I fulmini rappresentano la minaccia più grave per le installazioni solari, con fulmini diretti che erogano milioni di volt e migliaia di ampere in grado di distruggere istantaneamente inverter, moduli e altre apparecchiature. Anche i fulmini vicini creano sovratensioni indotte dannose attraverso l'accoppiamento elettromagnetico con i conduttori dei campi fotovoltaici che fungono da antenne per l'energia transitoria.
Gli impianti solari fotovoltaici sono esposti a molteplici fonti di rischio di sovratensione che richiedono protezione. I fulmini diretti che colpiscono gli array o le strutture vicine iniettano un'enorme energia nei sistemi elettrici, mentre i fulmini indiretti a centinaia di metri di distanza inducono tensioni dannose attraverso campi elettromagnetici che si accoppiano con i conduttori. I transitori di commutazione dovuti al funzionamento della rete elettrica creano picchi di tensione meno energetici ma frequenti, che con il tempo degradano le apparecchiature.
La posizione elevata degli impianti sui tetti li rende particolarmente vulnerabili all'esposizione ai fulmini. Gli array su edifici alti o in aree aperte hanno una probabilità di essere colpiti più alta rispetto alle apparecchiature elettriche a terra. Le lunghe tratte di conduttori CC tra gli array e gli inverter fungono da antenne di raccolta sia per l'energia diretta dei fulmini sia per i transitori indotti elettromagneticamente da fulmini vicini.
La protezione dalle sovratensioni in corrente continua si differenzia da quella in corrente alternata per le caratteristiche uniche dei sistemi in corrente continua. Gli archi in corrente continua non si estinguono naturalmente all'attraversamento dello zero di corrente come gli archi in corrente alternata, richiedendo SPD con maggiori capacità di interruzione della corrente successiva. Le tensioni CC più elevate nei moderni sistemi solari, in genere da 600 a 1500 V, richiedono SPD progettati per questi livelli di tensione estremi, raramente riscontrabili nei sistemi CA.
Gli SPD proteggono le apparecchiature limitando la tensione che raggiunge i dispositivi protetti durante le sovratensioni. In condizioni normali, gli SPD presentano un'impedenza estremamente elevata che offre un carico minimo sui circuiti. Quando le sovratensioni superano la tensione di soglia dell'SPD, il dispositivo passa a bassa impedenza, deviando la corrente di sovratensione in modo sicuro verso terra prima di raggiungere le apparecchiature protette.
Il parametro chiave delle prestazioni degli SPD è la tensione di clamping, ovvero la tensione massima che compare sui terminali delle apparecchiature protette durante gli eventi di sovratensione. Tensioni di bloccaggio più basse forniscono una protezione migliore, ma richiedono SPD con tolleranze più strette ed elementi di protezione più sofisticati. La tensione di clamping deve rimanere al di sotto dei livelli di isolamento delle apparecchiature, pur rimanendo sufficientemente alta rispetto alla normale tensione di funzionamento per evitare false attivazioni.
I varistori a ossido metallico (MOV) costituiscono la base della maggior parte degli SPD solari CC, utilizzando una resistenza dipendente dalla tensione che diminuisce drasticamente durante le sovratensioni. I diodi a valanga al silicio offrono una risposta più rapida rispetto ai MOV e un serraggio di tensione più stretto, ma gestiscono meno energia per dispositivo. I tubi a scarica di gas (GDT) offrono una gestione della corrente più elevata ma una risposta più lenta, e sono spesso utilizzati in progetti di SPD ibridi che prevedono più stadi di protezione.
💡 Approfondimento chiave: La protezione SPD non è un singolo dispositivo che blocca tutte le sovratensioni: una protezione solare efficace utilizza installazioni SPD coordinate in più punti, creando una difesa in profondità. Ogni SPD gestisce le sovratensioni in base alla propria posizione, con i dispositivi a monte che gestiscono le minacce ad alta energia e quelli a valle che forniscono una protezione fine.
La norma IEC 61643-31 stabilisce una classificazione standardizzata degli SPD per gli impianti fotovoltaici, definendo i dispositivi di Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3 in base alle capacità di gestione della corrente testate e alle posizioni di installazione previste. Questo sistema di classificazione aiuta i progettisti a scegliere gli SPD appropriati per le diverse posizioni all'interno delle installazioni solari.
Gli SPD di tipo 1 sono sottoposti a test con forme d'onda di corrente di 10/350μs che simulano gli impulsi diretti di corrente da fulmine. Questi dispositivi devono gestire un contenuto energetico estremamente elevato: le correnti di prova sono in genere comprese tra 25kA e 100kA per conduttore. La designazione di tipo 1 indica che l'SPD è in grado di resistere all'energia diretta di un fulmine, rendendo questi dispositivi adatti all'installazione presso gli ingressi di servizio e i punti di origine degli array in cui potrebbe manifestarsi l'energia diretta di un fulmine.
Gli SPD di tipo 2 si testano con forme d'onda di 8/20μs che rappresentano le correnti di sovratensione indotte da fulmini indiretti o da transitori di commutazione. Le correnti di prova variano da 10kA a 40kA, sostanzialmente inferiori a quelle del tipo 1, ma adeguate per proteggere dalle sovratensioni che hanno già attraversato gli elementi di protezione a monte. I dispositivi di tipo 2 si installano nei punti di installazione delle apparecchiature e forniscono una protezione finale prima degli inverter e di altri dispositivi elettronici sensibili.
| Classificazione | Forma d'onda di prova | Corrente tipica | Posizione primaria |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 | 10/350μs | 25-100kA | Ingresso di servizio, origine della matrice |
| Tipo 2 | 8/20μs | 10-40kA | Ubicazione delle apparecchiature, ingressi dell'inverter |
| Tipo 3 | Onda combinata | 1-10kA | Attrezzature individuali, applicazioni speciali |
Selezionare i tipi di SPD in base alla posizione dell'installazione e ai livelli di minaccia previsti, piuttosto che scegliere semplicemente i dispositivi con la classificazione più alta. Gli SPD di tipo 1 costano molto di più dei dispositivi di tipo 2 e potrebbero non essere necessari in tutti i punti di installazione. La comprensione dei livelli di minaccia nei diversi punti dell'impianto consente di ottimizzare la protezione, bilanciando costi ed efficacia.
I combinatori CC principali all'origine degli array richiedono in genere SPD di tipo 1 quando gli array sono montati in posizioni esposte e vulnerabili agli urti diretti. Questi punti rappresentano il primo stadio di protezione in cui si manifesta la massima energia di sovratensione prima di qualsiasi attenuazione da parte dei conduttori o di altre apparecchiature. I dispositivi di tipo 1 all'origine degli array proteggono i cablaggi e le apparecchiature a valle dall'energia catastrofica degli urti diretti.
Gli ingressi CC degli inverter utilizzano generalmente SPD di tipo 2, che costituiscono lo stadio finale di protezione per i componenti elettronici sensibili. Quando l'energia di sovratensione raggiunge gli inverter, l'impedenza del conduttore a monte e gli SPD di tipo 1 hanno ridotto i livelli di minaccia a livelli in cui i dispositivi di tipo 2 forniscono una protezione adeguata. L'installazione di dispositivi di tipo 1 in ogni punto spreca denaro senza migliorare l'efficacia della protezione.
⚠️ Importante: La semplice installazione di un maggior numero di SPD non garantisce una migliore protezione: una scelta o un posizionamento errato degli SPD può infatti peggiorare la protezione creando loop di terra, introducendo disturbi o causando guasti al coordinamento della protezione. Seguite approcci di progettazione sistematici che bilanciano la valutazione delle minacce, la capacità degli SPD e l'economia dell'installazione.

I combinatori di stringhe rappresentano punti critici di installazione degli SPD di tipo 1, situati all'intersezione tra gli array fotovoltaici esposti e gli impianti elettrici degli edifici. I combinatori raccolgono più circuiti di stringa in singoli involucri, spesso montati all'aperto in luoghi esposti, rendendoli vulnerabili sia all'attacco diretto dei fulmini che alle sovratensioni indotte da fulmini vicini.
Installare gli SPD di tipo 1 nei combinatori di campo utilizzando configurazioni a tre poli (positivo, negativo, terra) per gli impianti fotovoltaici non collegati a terra o a due poli (positivo, terra) per gli impianti negativi collegati a terra. Ogni palo deve avere una corrente nominale adeguata in base alla valutazione dell'esposizione ai fulmini: minimo 25kA per palo per le località a moderata esposizione, 50kA o più per le aree ad alta attività di fulminazione.
Coordinare l'installazione dell'SPD con la protezione da sovracorrenti, assicurandosi che i fusibili o gli interruttori proteggano i circuiti SPD senza interferire con il normale funzionamento dell'SPD durante le sovracorrenti. La protezione da cortocircuito secondo i requisiti NEC 690.35 utilizza generalmente fusibili o interruttori da 15-20A per i circuiti SPD. Alcuni SPD integrano sezionatori termici che separano i dispositivi guasti senza protezione esterna contro le sovracorrenti.
La posizione fisica di montaggio influisce in modo significativo sull'efficacia degli SPD. Montare gli SPD con conduttori il più possibile corti rispetto all'apparecchiatura da proteggere: i cavi lunghi tra gli SPD e l'apparecchiatura introducono un'induttanza che degrada la protezione consentendo un'eccedenza di tensione durante le sovratensioni a rapida insorgenza. Idealmente, i terminali degli SPD dovrebbero essere collegati direttamente ai terminali delle apparecchiature protette senza conduttori intermedi.
I sezionatori principali in CC che controllano le uscite di un intero array sono un'altra posizione appropriata per gli SPD di tipo 1. Questi punti si trovano in genere tra i combinatori di array e i locali degli inverter. Questi punti si trovano in genere tra i combinatori di array e le sale apparecchiature degli inverter, rappresentando il punto di ingresso dell'edificio in cui la norma NEC 690.35 richiede specificamente la protezione dalle sovratensioni quando i conduttori dei circuiti superano determinate lunghezze.
Gli SPD di tipo 1 sui sezionatori principali forniscono una protezione ridondante che integra gli SPD del combinatore di array, creando una difesa in profondità. I due stadi condividono l'energia dei fulmini, con gli SPD dell'array che gestiscono la maggior parte dell'energia e gli SPD del sezionatore principale che forniscono una protezione di riserva e proteggono dalle sovratensioni che entrano nel circuito CC dall'inverter o dalle direzioni del sistema CA.
Nelle installazioni residenziali con brevi tratti di conduttore, il punto di sezionamento principale può rappresentare l'unico punto di installazione dell'SPD di Tipo 1, che serve sia come protezione del campo che come protezione dell'ingresso dell'edificio. La protezione da un solo punto si rivela adeguata quando le lunghezze dei conduttori sono ridotte e l'esposizione ai fulmini è moderata. I luoghi ad alta esposizione o i sistemi con lunghe tratte di conduttori traggono vantaggio dall'installazione di più SPD di Tipo 1.
Le installazioni di SPD per il sezionamento principale devono tenere conto di tensioni operative continue più elevate in questa posizione rispetto alle posizioni delle stringhe o dei combinatori. Più stringhe in parallelo riducono l'ondulazione di tensione alle uscite del combinatore, ma il sezionatore principale vede la tensione di punto di massima potenza dell'intero array. Selezionare SPD con valori nominali di tensione massima di funzionamento continuo (MCOV) superiori alla tensione MPP del sistema per evitare il degrado prematuro degli SPD.
Gli array montati a terra in campo aperto sono estremamente esposti ai fulmini, in particolare nelle regioni con un'alta frequenza di temporali. Queste installazioni beneficiano di SPD di Tipo 1 sui combinatori delle file di array e di una protezione aggiuntiva sul punto di raccolta principale dell'array. L'approccio di protezione distribuita limita la concentrazione di energia in ogni singolo SPD, migliorando la sopravvivenza complessiva del sistema.
Considerare i terminali d'aria per i fulmini (parafulmini tradizionali) nelle posizioni dei campi a terra, soprattutto per i campi che si estendono al di sopra del terreno circostante. I sistemi di terminali aerei progettati correttamente con messa a terra diretta intercettano alcuni fulmini prima che si attacchino alle apparecchiature fotovoltaiche. Tuttavia, i terminali ad aria proteggono solo attraverso l'intercettazione diretta, non eliminano le sovratensioni indotte da fulmini vicini che richiedono una protezione SPD.
La posa dei conduttori influisce sulla vulnerabilità alle sovratensioni degli array di terra. I conduttori CC devono essere posati in guaine metalliche collegate al sistema di messa a terra dell'array, creando una schermatura che riduce le sovratensioni elettromagnetiche indotte. Se il condotto non è fattibile, raggruppate i conduttori positivi e negativi insieme, riducendo al minimo l'area del loop che si accoppia con i campi elettromagnetici. I loop di conduttori di grandi dimensioni fungono da antenne di ricezione per l'energia di sovratensione.
Gli ingressi CC degli inverter rappresentano il punto di applicazione più critico degli SPD di tipo 2. L'elettronica degli inverter, in particolare i circuiti di inseguimento del punto di massima potenza e i convertitori CC-CC, è caratterizzata da semiconduttori a bassa tensione estremamente sensibili ai danni da sovratensione. Gli SPD di tipo 2 agli ingressi degli inverter rappresentano l'ultimo stadio di protezione di questi componenti vulnerabili.
Montare gli SPD di tipo 2 direttamente sui terminali CC dell'inverter, non a distanza nelle scatole di giunzione o nei combinatori che alimentano gli inverter. L'obiettivo è quello di bloccare la tensione direttamente sull'apparecchiatura da proteggere, evitando che qualsiasi lunghezza di conduttore tra l'SPD e l'inverter introduca un aumento di tensione induttivo durante le correnti di sovratensione veloci. Molti inverter moderni incorporano SPD integrati, eliminando i requisiti di montaggio di SPD esterni.
Selezionare con attenzione i valori di tensione dell'SPD di tipo 2: gli inverter funzionano con tensioni CC diverse, dalla tensione minima MPPT alla tensione a vuoto, a seconda delle condizioni. La tensione massima di funzionamento continuo (MCOV) dell'SPD deve superare la tensione massima di ingresso dell'inverter in tutte le condizioni, pur fornendo una tensione di clamping sufficientemente bassa da proteggere i circuiti dell'inverter. Questo equilibrio richiede un'attenta specificazione che tenga conto del VOC massimo corretto per la temperatura.
Gli inverter multipli in impianti di grandi dimensioni richiedono ciascuno una protezione SPD di tipo 2 individuale. Proteggere gli inverter collettivamente con un singolo SPD sul sezionatore principale della corrente continua non fornisce una protezione adeguata, poiché il percorso dei conduttori da quel punto ai singoli inverter introduce un aumento di tensione che annulla l'efficacia dell'SPD. Prevedere SPD di tipo 2 per ogni inverter come componenti di protezione essenziali.
🎯 Suggerimento per i professionisti: Verificare i requisiti di garanzia dell'inverter per quanto riguarda la protezione dalle sovratensioni: molti produttori annullano la garanzia se si verificano danni e si riscontra una protezione SPD inadeguata. Documentate le installazioni di SPD con foto e specifiche, in modo da mantenere la prova della corretta protezione per tutto il periodo di garanzia.
Mentre i combinatori di array ricevono in genere SPD di tipo 1 come protezione primaria, i dispositivi supplementari di tipo 2 possono fornire un ulteriore margine di sicurezza nelle installazioni ad alta esposizione. Gli SPD di tipo 2 alle uscite del combinatore proteggono dalle sovratensioni che superano le capacità degli SPD di tipo 1 o che entrano attraverso percorsi imprevisti. Questa protezione ridondante costa relativamente poco, ma migliora significativamente l'affidabilità del sistema.
La combinazione Tipo 1/Tipo 2 sui combinatori richiede un coordinamento adeguato per evitare che i dispositivi si contrastino a vicenda durante le sovratensioni. Mantenere almeno 10-15 metri di conduttore tra gli SPD di Tipo 1 e di Tipo 2, in modo da garantire un'impedenza sufficiente per il coordinamento, oppure utilizzare SPD specificamente progettati per il funzionamento coordinato in stretta vicinanza. Un coordinamento inadeguato provoca un guasto prematuro dell'SPD e una riduzione dell'efficacia della protezione.
Le installazioni di combinatori che alimentano più inverter beneficiano di SPD di tipo 2 all'uscita del combinatore e di SPD aggiuntivi di tipo 2 all'ingresso di ciascun inverter. La protezione a livello di combinatore protegge i circuiti secondari, mentre la protezione a livello di inverter fornisce una difesa localizzata. Questo approccio a più livelli rispecchia le migliori pratiche dei sistemi di distribuzione commerciale in corrente alternata, dove gli SPD sono presenti a più livelli di protezione.
I sistemi di monitoraggio, le stazioni meteorologiche e le apparecchiature di comunicazione collegate agli impianti fotovoltaici necessitano di una protezione dalle sovratensioni all'altezza della sensibilità dell'elettronica moderna. Gli SPD di tipo 2 progettati per i circuiti di dati a bassa tensione proteggono questi componenti vulnerabili dalle sovratensioni che si accoppiano attraverso i cavi di monitoraggio. I circuiti Ethernet, RS-485 e dei sensori analogici richiedono tutti un'adeguata protezione dalle sovratensioni.
Gli SPD per circuiti di comunicazione si installano all'interfaccia tra sensori/apparecchiature esterne e sistemi di monitoraggio interni. I cavi che corrono tra gli array e le sale di monitoraggio fungono da antenne che raccolgono le sovratensioni che entrano nell'elettronica di monitoraggio distruggendo le schede di rete, i sistemi di acquisizione dati e i computer. Anche le sovratensioni di piccola entità, che non danneggerebbero le apparecchiature fotovoltaiche, possono distruggere l'elettronica di comunicazione sensibile.
Coordinare la messa a terra degli SPD con le pratiche di messa a terra delle apparecchiature. Tutti gli SPD in una determinata posizione devono fare riferimento allo stesso punto di terra, evitando che le differenze di potenziale di terra creino un flusso di corrente di sovratensione attraverso le apparecchiature protette. Quando le apparecchiature remote utilizzano elettrodi di messa a terra locali, installare gli SPD del circuito di comunicazione a entrambe le estremità dei cavi per equalizzare le differenze di potenziale dovute al flusso di corrente da fulmine attraverso la terra.

Il funzionamento efficace degli SPD dipende esclusivamente da una corretta messa a terra: gli SPD deviano la corrente di sovratensione verso terra, rendendo i collegamenti a terra a bassa impedenza fondamentali per le prestazioni della protezione. Collegare tutti i terminali di terra degli SPD direttamente all'elettrodo di terra del sistema principale utilizzando i conduttori più corti possibile. I conduttori di terra lunghi, arrotolati o con un circuito introducono un'impedenza che degrada la protezione consentendo l'aumento della tensione durante gli eventi di sovratensione.
La norma NEC 690.35 richiede che i conduttori di messa a terra degli SPD siano dimensionati secondo la norma NEC 250.166, in genere con un minimo di 14 AWG in rame per gli SPD di tipo 2 e un minimo di 6 AWG per i dispositivi di tipo 1. Tuttavia, il rispetto dei minimi previsti dal codice non garantisce prestazioni ottimali: considerare 10 AWG per gli SPD di tipo 2 e 4 AWG per le installazioni di tipo 1 in luoghi ad alta esposizione. Il costo leggermente superiore si rivela conveniente per una migliore gestione della corrente di sovratensione.
Collegare le masse degli SPD allo stesso sistema di elettrodi utilizzato per la messa a terra delle apparecchiature fotovoltaiche. Più messe a terra separate in posizioni diverse creano differenze di aumento del potenziale di terra durante gli eventi di sovratensione, causando il passaggio di corrente di sovratensione attraverso le apparecchiature tra i punti di messa a terra. Un unico sistema di messa a terra comune assicura che tutte le apparecchiature e gli SPD facciano riferimento allo stesso potenziale elettrico, eliminando le correnti di sovratensione tra le apparecchiature.
Evitare curve strette nei conduttori di messa a terra degli SPD: le curve introducono un'impedenza induttiva che aumenta la caduta di tensione durante le correnti di sovratensione. Eseguire curve dolci quando il percorso richiede cambi di direzione. Alcune installazioni traggono vantaggio dall'uso di una fascetta di rame piatta anziché di un filo per la messa a terra degli SPD, poiché la fascetta presenta un'induttanza inferiore rispetto al filo rotondo di sezione equivalente.
⚠️ Importante: L'impedenza di terra è più importante della resistenza di terra per le prestazioni degli SPD. Un elettrodo di terra con una resistenza di 25Ω ma con conduttori dritti e corti fornisce prestazioni SPD migliori rispetto a un elettrodo con resistenza di 5Ω raggiunto attraverso 10 metri di filo arrotolato.
La lunghezza dei conduttori tra gli SPD e le apparecchiature protette influisce in modo critico sulle prestazioni della protezione. Ogni metro di conduttore introduce circa 1μH di induttanza che provoca un aumento di tensione di circa 1kV per metro durante le correnti di sovratensione di 1kA/μs, i tempi tipici di aumento delle sovratensioni da fulmine. Questo aumento di tensione si aggiunge alla tensione di bloccaggio dell'SPD, degradando la protezione o addirittura consentendo una tensione sufficiente a danneggiare le apparecchiature protette nonostante il funzionamento dell'SPD.
Se possibile, installare gli SPD entro 0,5 metri dai terminali delle apparecchiature protette. Ciò può richiedere il montaggio degli SPD all'interno degli involucri delle apparecchiature o su scatole di derivazione immediatamente adiacenti, piuttosto che in posizioni remote montate a parete. La scomodità del montaggio ravvicinato si rivela utile per migliorare significativamente l'efficacia della protezione.
Quando non è possibile evitare la separazione tra gli SPD e le apparecchiature, utilizzare un percorso a coppie twistate per i conduttori positivi e negativi degli SPD, riducendo al minimo l'area del loop magnetico. L'attorcigliamento dei conduttori riduce l'induttanza perché i percorsi della corrente di andata e di ritorno occupano quasi lo stesso spazio, facendo sì che i loro campi magnetici si annullino in larga misura. Conduttori paralleli separati anche da piccole distanze creano aree di loop più ampie con induttanza proporzionalmente maggiore.
Alcuni produttori di SPD offrono terminali di connessione a bassa induttanza progettati per collegamenti a sbarre o cinghie di rame piatte anziché a fili tradizionali. Questi sistemi riducono al minimo l'induttanza parassita, consentendo il montaggio dell'SPD a una distanza leggermente superiore rispetto all'apparecchiatura protetta senza un aumento eccessivo della tensione. Considerate questi design di qualità superiore per le installazioni critiche in cui il montaggio ravvicinato degli SPD risulta difficile.
Gli SPD finiscono per guastarsi a causa dell'esposizione alle sovratensioni accumulate o dell'invecchiamento dei componenti, rendendo necessaria la loro sostituzione. Gli SPD di qualità sono dotati di un'indicazione visiva dello stato di funzionamento, tipicamente LED o indicatori verdi che indicano lo stato di salute dell'SPD e indicatori rossi che indicano un guasto dell'SPD che richiede la sostituzione. Controllare gli indicatori durante la manutenzione ordinaria per identificare gli SPD guasti prima che si verifichino danni alle apparecchiature.
Le funzioni di disconnessione termica isolano automaticamente gli SPD guasti, evitando i rischi di incendio dovuti ai guasti dei componenti degli SPD. I MOV guasti a volte vanno in cortocircuito anziché essere aperti, assorbendo una corrente eccessiva che può provocare incendi nell'involucro. I sezionatori termici rilevano le temperature elevate e separano meccanicamente gli elementi SPD guasti prima dell'innesco dell'incendio. La norma NEC 690.35(B) richiede la disconnessione degli SPD negli impianti fotovoltaici.
Installare una protezione esterna contro le sovracorrenti per gli SPD quando i sezionatori termici non sono integrati nel dispositivo. I fusibili, in genere da 15-20A, proteggono i circuiti degli SPD senza interferire con la gestione della corrente di sovracorrente. Il valore nominale del fusibile deve essere superiore alla corrente impulsiva massima che gli SPD superano durante i test di coordinamento, ma deve fornire una protezione affidabile dai cortocircuiti in caso di guasto degli SPD. Alcune giurisdizioni richiedono mezzi di disconnessione con capacità di lockout/tagout per i circuiti SPD che consentono una sostituzione sicura.
Le funzionalità di monitoraggio a distanza si rivelano preziose in impianti solari di grandi dimensioni o remoti, dove non è possibile effettuare frequenti visite in loco. Gli SPD avanzati con connettività di rete segnalano il loro stato operativo ai sistemi di gestione o monitoraggio degli edifici, generando avvisi quando si verificano guasti. Questa funzionalità garantisce una rapida sostituzione dell'SPD, mantenendo una protezione continua piuttosto che scoprire i guasti durante la prossima visita di manutenzione programmata.
La norma NEC 690.35(A) richiede dispositivi di protezione contro le sovratensioni per i circuiti CC degli impianti solari fotovoltaici quando i conduttori dei circuiti superano distanze specifiche dalle apparecchiature da proteggere. Il codice mira a ridurre i danni da sovratensione indotti dai fulmini, richiedendo una protezione nei casi in cui i percorsi dei conduttori creino un potenziale significativo di raccolta delle sovratensioni. La comprensione di questi requisiti garantisce installazioni conformi, evitando fallimenti delle ispezioni.
I sistemi con conduttori di circuiti CC situati a più di 2 metri (6,6 piedi) dal campo fotovoltaico devono essere dotati di protezione SPD secondo il NEC 2020. Questa distanza relativamente breve significa che praticamente tutte le installazioni solari, ad eccezione dei sistemi a microinverter, richiedono SPD CC; anche gli impianti residenziali con inverter immediatamente sotto il punto di montaggio del campo superano spesso i 2 metri a causa dei percorsi delle condutture.
L'SPD deve essere installato nella prima posizione facilmente accessibile del circuito CC. Per molte installazioni si tratta di combinatori di array o di sezionatori CC principali all'ingresso dell'edificio. Alcuni sistemi installano gli SPD agli ingressi degli inverter quando questo rappresenta il primo punto accessibile, anche se le migliori pratiche spesso includono SPD aggiuntivi nelle posizioni degli array che forniscono più stadi di protezione.
Il NEC non specifica esplicitamente i requisiti degli SPD di tipo 1 rispetto a quelli di tipo 2, facendo invece riferimento agli standard appropriati, tra cui UL 1449 e IEC 61643-31. Tuttavia, la norma 690.35(D) richiede valori specifici di corrente di sovratensione in base alla posizione dell'installazione e ai rischi previsti. In effetti, i luoghi soggetti all'attacco diretto dei fulmini necessitano di dispositivi di tipo 1, mentre i luoghi in cui si trovano le apparecchiature possono utilizzare dispositivi di tipo 2.
Il codice richiede valori di SPD appropriati per il luogo e l'applicazione, ma lascia i valori specifici al giudizio dei progettisti sulla base dell'analisi ingegneristica. Questa flessibilità consente di progettare protezioni specifiche per il sito, ma attribuisce anche ai progettisti la responsabilità di valutare correttamente i rischi e di specificare valori nominali di SPD adeguati. La sottoprotezione dovuta a valori nominali di SPD inadeguati non sarà rilevata dalle ispezioni fino a quando non si verificheranno danni alle apparecchiature.
Le interpretazioni delle autorità competenti (AHJ) variano per quanto riguarda i valori nominali specifici degli SPD richiesti per la conformità al codice. Alcune giurisdizioni impongono ovunque gli SPD di tipo 1, mentre altre accettano applicazioni di tipo 2 adeguatamente progettate in corrispondenza delle apparecchiature. Discutere l'approccio alla progettazione degli SPD con gli ispettori elettrici locali fin dalle prime fasi del processo di progettazione, per evitare costosi ordini di modifica o ritardi nell'installazione dovuti a requisiti imprevisti.
La norma NEC 690.35(C) richiede che gli SPD siano elencati per l'applicazione, tipicamente la norma UL 1449 per gli SPD generici o i prodotti valutati secondo la norma IEC 61643-31 per i dispositivi specifici per il solare. Il requisito dell'elenco garantisce che gli SPD siano sottoposti a test di terze parti che ne verifichino le prestazioni e le caratteristiche di sicurezza. I soppressori di sovratensione fabbricati sul campo o i dispositivi non elencati non soddisfano i requisiti del codice, indipendentemente dalla loro adeguatezza teorica.
L'etichettatura corretta deve identificare i valori nominali dell'SPD, compresa la tensione massima di funzionamento continuo (MCOV), il valore nominale di protezione dalla tensione (VPR) o la tensione di bloccaggio e il valore nominale della corrente di scarica (In) o la corrente di scarica massima (Imax). Le etichette devono rimanere applicate in modo permanente e leggibile per tutta la durata di vita dell'SPD. Alcune giurisdizioni richiedono ulteriori etichette personalizzate che identifichino gli SPD come parte della protezione dalle sovratensioni del sistema fotovoltaico.
La protezione contro le sovracorrenti dei circuiti SPD deve essere chiaramente etichettata secondo la norma 690.35(B)(2). Quando fusibili o interruttori esterni proteggono i circuiti SPD, etichettare questi dispositivi di protezione identificando la loro funzione e i valori nominali di sostituzione corretti. In questo modo si evita la sostituzione accidentale con dispositivi di sovracorrente con valori nominali errati che potrebbero non proteggere gli SPD o interferire con il corretto coordinamento delle sovratensioni.
La protezione completa del sistema solare impiega più stadi SPD per creare una difesa in profondità. La protezione primaria consiste tipicamente in SPD di tipo 1 alle origini del campo, che gestiscono correnti d'urto dirette ad alta energia. La protezione secondaria utilizza SPD di tipo 2 in corrispondenza delle apparecchiature, fornendo una tensione di bloccaggio fine per i componenti elettronici sensibili. Ogni stadio gestisce le sovratensioni appropriate alla sua posizione, con un contenuto energetico progressivamente attenuato attraverso gli stadi.
Il corretto coordinamento tra gli stadi richiede un'adeguata separazione dell'impedenza del conduttore o un design degli SPD deliberatamente coordinato. Quando gli SPD di tipo 1 e di tipo 2 vengono installati troppo vicini, la bassa impedenza del conduttore tra di loro può far sì che il dispositivo di tipo 2 a tensione più bassa si blocchi per primo, costringendolo a gestire un'energia superiore alla sua portata e causando un guasto prematuro. Mantenere almeno 10-15 metri di conduttore tra gli stadi o utilizzare SPD progettati specificamente per il coordinamento in prossimità.
Alcuni produttori offrono sistemi SPD coordinati in cui i dispositivi di Tipo 1 e Tipo 2 sono progettati specificamente per funzionare insieme anche nelle immediate vicinanze. Questi sistemi utilizzano SPD con tensioni di bloccaggio e caratteristiche di limitazione della corrente accuratamente selezionate, in modo che il dispositivo di tipo 1 si attivi per primo e gestisca la maggior parte delle sovratensioni. Considerate questi sistemi di qualità superiore quando la disposizione degli edifici rende difficile la separazione dei palchi.
La progressione della gestione dell'energia passa dai dispositivi di tipo 1 ad alta energia ai dispositivi di tipo 2 a bassa energia ma a serraggio più stretto. Gli SPD di tipo 1 si bloccano a tensioni relativamente più elevate - da 800 a 1500 V - che consentono loro di gestire energia massiccia senza subire danni. Gli SPD di tipo 2 bloccano tensioni più basse, da 500 a 1000 V, garantendo una migliore protezione delle apparecchiature dopo che i dispositivi di tipo 1 hanno ridotto l'energia delle sovratensioni a livelli gestibili.
Il guasto dell'SPD durante gli eventi di sovratensione può rendere vulnerabili le apparecchiature, a meno che non esista una protezione di backup. L'installazione di SPD ridondanti in punti critici, in particolare per inverter costosi o sistemi di monitoraggio complessi, fornisce una protezione continua in caso di guasto degli SPD primari. Il costo relativamente basso di ulteriori SPD di tipo 2 nelle postazioni delle apparecchiature si rivela spesso conveniente rispetto ai costi di sostituzione delle apparecchiature in caso di esposizione a sovratensioni non protette.
La protezione da sovracorrente per i circuiti SPD fornisce una protezione di riserva isolando gli SPD guasti. Quando gli SPD vanno in cortocircuito, il dispositivo di sovracorrente interviene rimuovendo il dispositivo guasto. Tuttavia, questo backup arriva troppo tardi per proteggere dalla sovracorrente che ha causato il guasto dell'SPD: l'apparecchiatura potrebbe essere già danneggiata. La protezione da sovracorrenti previene i rischi di incendio e i guasti continui, ma non sostituisce la protezione iniziale degli SPD adeguatamente dimensionata.
Considerare elementi di protezione supplementari come i fusibili di sovratensione nei circuiti di stringa che forniscono una protezione aggiuntiva specifica per i moduli FV. I fusibili gPV standard proteggono da condizioni di sovracorrente, ma le varianti con protezione da sovracorrente forniscono anche una protezione limitata da sovratensioni, proteggendo i moduli da sovracorrenti di modo comune. Questa protezione supplementare integra la protezione SPD piuttosto che sostituirla.
Problema: Installare SPD classificati solo per il servizio in corrente alternata in applicazioni solari in corrente continua senza verificare la capacità in corrente continua.
Scenari comuni:
- Assumendo che i valori nominali di tensione CA siano applicabili ai sistemi CC
- Utilizzo degli SPD AC standard per gli edifici negli impianti fotovoltaici
- Mancata verifica dei valori nominali in corrente continua sull'etichettatura degli SPD
Correzione: Specificare gli SPD esplicitamente classificati per il servizio in corrente continua ai livelli di tensione del sistema secondo le classificazioni IEC 61643-31 o UL 1449 DC. I requisiti di protezione dalle sovratensioni in c.a. e in c.c. differiscono in modo significativo: gli SPD in c.a. non hanno la capacità di interruzione a seguito di corrente necessaria per il servizio in c.c. e potrebbero guastarsi in modo catastrofico. Verificare che ogni SPD installato abbia i valori di tensione e corrente CC appropriati per l'applicazione specifica.
Problema: Installare gli SPD a distanza dalle apparecchiature protette con lunghi conduttori di collegamento.
Scenari comuni:
- Montaggio a parete degli SPD a metri di distanza dagli inverter per un aspetto ordinato
- Installare gli SPD nelle scatole di giunzione anziché direttamente sui terminali delle apparecchiature.
- Incanalare i conduttori SPD attraverso percorsi complessi di guaine invece che con connessioni dirette
Correzione: Montare gli SPD entro 0,5 metri dall'apparecchiatura protetta, utilizzando cavi della lunghezza più breve possibile. Ogni metro di conduttore aggiunge un aumento di tensione induttiva durante le sovratensioni, degradando l'efficacia della protezione. Privilegiare le prestazioni di protezione rispetto all'estetica dell'installazione: accettare installazioni un po' più disordinate con gli SPD montati vicino si rivela utile per migliorare significativamente la protezione delle apparecchiature.
Problema: Connessioni di terra SPD che utilizzano conduttori di dimensioni inadeguate, lunghezze eccessive o più elettrodi di terra separati.
Scenari comuni:
- Utilizzo di conduttori di dimensioni minime previste dal codice invece di conduttori più grandi ottimali
- Creazione di percorsi di terra tortuosi anziché di percorsi diretti più brevi
- La messa a terra di diversi SPD su elettrodi separati crea loop di massa.
Correzione: Utilizzare un minimo di 10 AWG per gli SPD di tipo 2 e 4 AWG per i dispositivi di tipo 1 con percorsi diretti e rettilinei verso il sistema di elettrodi di messa a terra comune. Collegare tutti gli SPD e le apparecchiature al sistema di elettrodi singoli per evitare differenze di potenziale di terra che causano correnti di sovratensione tra le apparecchiature. Considerare una fascetta di rame piatta per le installazioni di qualità superiore, riducendo l'impedenza induttiva rispetto al filo tondo.
Problema: Installazione di SPD privi di funzioni di indicazione dello stato o mancato controllo delle condizioni operative.
Scenari comuni:
- Supponendo che gli SPD forniscano una protezione continua per tutta la durata di vita dell'impianto
- Nessuna ispezione di routine degli indicatori di stato SPD
- SPD guasti che rimangono nei sistemi per anni senza essere sostituiti
Correzione: Specificare SPD con indicazione visiva dello stato di funzionamento. Includere l'ispezione degli SPD nelle procedure di manutenzione ordinaria: controllare gli indicatori trimestralmente nei luoghi ad alta esposizione o annualmente nelle aree a moderata esposizione. Sostituire immediatamente gli SPD guasti anziché rimandare: il funzionamento senza protezione dalle sovratensioni comporta costosi danni alle apparecchiature durante la prossima stagione dei fulmini. Considerate il monitoraggio remoto degli SPD per le installazioni critiche o inaccessibili.
Gli impianti fotovoltaici flottanti (non collegati a terra), in cui nessun conduttore si collega intenzionalmente a terra, devono soddisfare requisiti SPD diversi rispetto agli impianti collegati a terra. Gli impianti flottanti necessitano di SPD tripolari che proteggano contemporaneamente i riferimenti positivo, negativo e di terra. I sistemi con messa a terra possono utilizzare una protezione bipolare quando il conduttore negativo si collega solidamente a terra, anche se i progetti a tre poli forniscono una protezione più robusta.
Il valore nominale della tensione massima di funzionamento continua (MCOV) dell'SPD deve tenere conto della configurazione della messa a terra del sistema. I sistemi flottanti sviluppano la tensione in modo uguale su entrambi i conduttori positivi e negativi rispetto alla terra: per un sistema a 600 V CC, ogni conduttore potrebbe raggiungere ±300 V rispetto alla terra. Gli SPD per ciascun conduttore devono avere valori di MCOV adeguati a questa tensione, consentendo potenzialmente l'uso di dispositivi a tensione inferiore rispetto a quella richiesta per i sistemi con messa a terra, in cui la piena tensione si manifesta sul conduttore non collegato a terra.
Il rilevamento dei guasti a terra interagisce con l'installazione degli SPD sia nei sistemi con messa a terra che in quelli flottanti. Gli SPD creano percorsi conduttivi intenzionali verso la terra quando sono in funzione, causando potenzialmente l'intervento dei sistemi di rilevamento dei guasti a terra durante gli eventi di sovratensione. Scegliere sistemi GFD compatibili con la presenza di SPD, utilizzando soglie di rilevamento superiori alle correnti di dispersione degli SPD ma sufficientemente basse per rilevare i guasti a terra pericolosi.
I sistemi solari che funzionano con tensioni superiori a 1000 V CC - sempre più comuni nelle installazioni su scala industriale - richiedono SPD specializzati progettati per livelli di tensione estremi. La disponibilità dei componenti diventa limitata a queste tensioni, con un numero inferiore di produttori che offrono prodotti adatti. Le specifiche e l'acquisto tempestivo degli SPD si rivelano fondamentali per evitare ritardi nei progetti dovuti a tempi di consegna lunghi o a opzioni limitate dei fornitori.
Le installazioni di SPD ad alta tensione richiedono maggiori precauzioni di sicurezza, tra cui distanze di dispersione e di sicurezza maggiori, moduli SPD chiusi per evitare contatti accidentali ed etichette di avvertimento complete. Il personale che lavora sui sistemi ad alta tensione necessita di una formazione specifica che va oltre le normali qualifiche elettriche. Documentate accuratamente le installazioni di SPD, compresi gli schemi di cablaggio e le procedure di manutenzione specifiche per le apparecchiature ad alta tensione.
Considerate le tecnologie SPD ibride per le applicazioni ad alta tensione. I tubi a scarica di gas accoppiati a varistori a ossido metallico forniscono la capacità di alta tensione dei GDT con il bloccaggio di tensione stretto dei MOV. I diodi a valanga al silicio offrono una risposta ultraveloce per proteggere i dispositivi elettronici sensibili ad alta tensione, ma richiedono disposizioni in serie-parallelo per gestire una potenza sostenuta. Per la progettazione di sistemi ad alta tensione, consultare gli specialisti della protezione dalle sovratensioni piuttosto che estrapolare dall'esperienza di sistemi a bassa tensione.
Le regioni con una densità di fulmini al suolo eccezionalmente elevata, superiore a 10 lampi per chilometro quadrato all'anno, possono richiedere una protezione maggiore rispetto ai requisiti minimi previsti dalle norme. Gli impianti su scala industriale in Florida, nella Costa del Golfo o nelle zone montuose devono affrontare un'esposizione estrema ai fulmini che richiede una protezione robusta con ampi margini di sicurezza.
Considerare sistemi esterni di protezione contro i fulmini con terminali aerei e calate separate dai sistemi elettrici FV in luoghi di esposizione estrema. Un'adeguata progettazione del sistema di protezione contro i fulmini (LPS) secondo NFPA 780 o IEC 62305 intercetta alcuni fulmini prima del collegamento all'apparecchiatura FV, anche se gli SPD rimangono necessari per la protezione dalle sovratensioni indotte. I sistemi LPS e SPD lavorano insieme per fornire una protezione completa sia per le fulminazioni dirette che per i transitori indotti.
Il monitoraggio remoto e i protocolli di sostituzione rapida degli SPD sono particolarmente importanti nelle regioni ad alta esposizione. Prevedere la sostituzione annuale degli SPD anche in assenza di guasti osservati: lo stress cumulativo di numerosi eventi di sovratensione sotto soglia degrada gradualmente le prestazioni degli SPD fino a provocare guasti catastrofici. La sostituzione proattiva, basata sull'esposizione piuttosto che sull'attesa di guasti, mantiene una protezione ottimale evitando costosi danni alle apparecchiature.

Gli SPD di tipo 1 gestiscono l'energia diretta dei fulmini testata con forme d'onda 10/350μs a 25-100kA, rendendoli adatti alle origini degli array e agli ingressi di servizio. Gli SPD di tipo 2 proteggono dalle sovratensioni indotte e dai fulmini attenuati, testati con forme d'onda di 8/20μs a 10-40kA, e sono adatti per le ubicazioni delle apparecchiature dopo la protezione a monte. I dispositivi di tipo 1 si installano nel punto in cui si manifesta la massima energia di sovratensione, mentre i dispositivi di tipo 2 forniscono la fase finale di protezione per l'elettronica sensibile dopo che l'energia di sovratensione è stata parzialmente attenuata dai conduttori e dagli SPD a monte.
Installare SPD di tipo 1 presso i combinatori di campo o le scatole di stringa dove i conduttori provengono da campi fotovoltaici esposti e presso i sezionatori CC principali all'ingresso degli edifici. Queste posizioni sono soggette alla massima esposizione alle sovratensioni causate da fulmini diretti o vicini. Installare SPD di Tipo 2 ai terminali di ingresso CC degli inverter per garantire la protezione finale dell'elettronica di potenza sensibile. I sistemi di grandi dimensioni beneficiano del tipo 1 sui combinatori e sul sezionatore principale e del tipo 2 su ciascun inverter, creando una protezione coordinata a tre stadi.
Sì, la protezione dalle sovratensioni CC e CA affronta minacce diverse in sezioni diverse del sistema. Gli SPD DC proteggono i campi fotovoltaici, il cablaggio delle stringhe, i combinatori e gli ingressi DC degli inverter dalle sovratensioni che entrano attraverso il circuito DC; gli SPD AC non possono proteggere questi componenti. I fulmini che colpiscono gli array o quelli vicini che inducono sovratensioni nei conduttori CC richiedono SPD CC per la protezione. Gli SPD AC proteggono l'uscita AC dell'inverter e l'impianto elettrico dell'edificio dalle sovratensioni che entrano attraverso le connessioni alla rete, svolgendo una funzione di protezione completamente diversa dagli SPD DC.
Gli SPD di qualità sono dotati di indicatori visivi che mostrano lo stato di funzionamento: di solito il verde indica il normale funzionamento e il rosso indica un guasto che richiede la sostituzione. Controllare gli indicatori trimestralmente nei luoghi ad alta esposizione o annualmente altrove. Alcuni SPD sono dotati di contatti di monitoraggio remoto che segnalano lo stato ai sistemi di gestione degli edifici. Sostituire immediatamente qualsiasi SPD che mostri un'indicazione di guasto. Nelle regioni a forte esposizione ai fulmini, considerare la sostituzione proattiva ogni 5-7 anni, indipendentemente dallo stato dell'indicatore, poiché l'esposizione cumulativa a sovratensioni inferiori alla soglia degrada gradualmente le prestazioni anche in assenza di guasti evidenti.
No, le tensioni nominali degli SPD devono corrispondere o superare la tensione massima a circuito aperto del sistema, compresa la correzione della temperatura. Un sistema da 600 V potrebbe richiedere SPD da 800 V CC, mentre i sistemi da 1000 V necessitano di valori nominali da 1200-1500 V CC. L'uso di SPD sottovalutati causa guasti prematuri o permette che una tensione eccessiva raggiunga le apparecchiature protette. La tensione massima di funzionamento continuo (MCOV) dell'SPD deve superare la tensione massima del punto di potenza del sistema, mentre la tensione di protezione deve rimanere al di sotto dei livelli di isolamento delle apparecchiature. Specificare sempre gli SPD in modo esplicito per la tensione del sistema con un margine di sicurezza adeguato.
Gli SPD di tipo 2 sugli inverter possono guastarsi quando sono esposti a sovracorrenti ad alta energia normalmente gestite da dispositivi di tipo 1 a monte. I fulmini o i colpi vicini possono iniettare livelli di energia che superano i valori nominali del tipo 2, causando un guasto catastrofico dell'SPD e consentendo all'intera energia della sovracorrente di raggiungere gli inverter. Anche se gli SPD di tipo 2 sopravvivono alla sovracorrente iniziale, lo stress li degrada gradualmente, rendendo necessaria una sostituzione frequente. Una protezione adeguata prevede l'uso di tipi di SPD appropriati in ogni luogo: il tipo 1 dove si manifesta l'energia elevata e il tipo 2 per la protezione finale dell'apparecchiatura dopo l'attenuazione dell'energia.
I conduttori di terra degli SPD devono essere il più corti possibile, possibilmente inferiori a 1 metro, collegandosi direttamente al sistema di elettrodi di terra principale. Ogni metro di conduttore di terra introduce un'induttanza di circa 1μH che provoca un aumento di tensione di circa 1kV durante le correnti di sovratensione veloci. Questo aumento di tensione si aggiunge alla tensione di bloccaggio dell'SPD, consentendo potenzialmente tensioni dannose nonostante il funzionamento dell'SPD. Utilizzare percorsi di messa a terra diretti e rettilinei, evitando spire o curve non necessarie. Nelle installazioni di qualità superiore, considerate una cinghia di rame piatta piuttosto che un filo rotondo per ridurre l'induttanza. Collegare tutti gli SPD e le apparecchiature a un unico elettrodo di messa a terra comune per evitare correnti di loop di terra.
Per una protezione completa dalle sovratensioni solari è necessario capire come gli SPD si integrano con altri componenti di protezione e con i sistemi di messa a terra.
Per saperne di più sugli argomenti relativi alla protezione dalle sovratensioni, consultate le nostre guide dettagliate:
– Progettazione del sistema di protezione dalle sovratensioni CC - Specifiche e coordinamento SPD completi
– Protezione solare dai fulmini - Integrazione del sistema di protezione contro i fulmini esterno
– Protezione della scatola del combinatore FV - Installazione di SPD in gruppi di combinatori
– Requisiti di messa a terra CC - Sistemi di elettrodi di messa a terra adeguati per l'efficacia degli SPD
Siete pronti a implementare una protezione SPD CC efficace per il vostro impianto solare? Il team tecnico di SYNODE fornisce una guida alla selezione degli SPD specifica per il progetto, compresa la determinazione del tipo 1 rispetto al tipo 2, l'analisi del coordinamento e la corretta progettazione dell'installazione. Contribuiamo a garantire una protezione completa dalle sovratensioni che soddisfi NEC 690.35 ottimizzando al contempo l'economia della protezione per i progetti, da quelli residenziali a quelli su scala industriale.
Contattate i nostri ingegneri applicativi per l'assistenza sulle specifiche degli SPD e per i servizi di progettazione dei sistemi di protezione dai fulmini.
Ultimo aggiornamento: Ottobre 2025
Autore: Team tecnico SYNODE
Recensito da: Dipartimento di ingegneria elettrica