Come gli impianti solari utilizzano gli accessori per cavi di media tensione

Gli impianti solari sono tra le fonti di energia rinnovabile in più rapida crescita a livello globale. Vaste distese di pannelli fotovoltaici convertono la luce solare in elettricità, ma l'energia prodotta deve essere raccolta, trasformata e trasmessa alla rete. Ciò richiede una rete affidabile di cavi di media tensione e, altrettanto importante, gli accessori per cavi che li collegano, terminano e proteggono. Sebbene gli impianti solari possano sembrare più semplici rispetto ai parchi eolici o alle sottostazioni elettriche, presentano sfide uniche per gli accessori per cavi: lunghe tratte di cavo, alte tensioni in corrente continua, temperature estreme e la necessità di un'installazione rapida e affidabile. Questo articolo esplora come gli impianti solari utilizzano gli accessori per cavi di media tensione e cosa li distingue da altre applicazioni.

1. La rete di cavi per impianti solari: dai pannelli alla rete elettrica.

L'impianto elettrico di un impianto solare è in genere suddiviso in tre sezioni principali:

Lato CC (bassa tensione)

• I pannelli solari generano corrente continua (CC) a bassa tensione (tipicamente da 600 V a 1500 V).

• I pannelli sono collegati in stringhe, e queste stringhe vengono unite in scatole di giunzione.

Lato CC (Media tensione)

• L'energia CC combinata viene convogliata tramite cavi CC a media tensione agli inverter centralizzati.

• Alcuni grandi impianti solari utilizzano sistemi di raccolta in corrente continua con tensioni fino a 1500 V CC.

Lato CA (Media Tensione)

• Gli inverter convertono la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA) a media tensione (tipicamente da 10 kV a 35 kV).

• I cavi CA raccolgono l'energia da più inverter e la trasportano al trasformatore della sottostazione.

• Nella sottostazione, la tensione viene elevata al livello di trasmissione (ad esempio, 110 kV o superiore) per il collegamento alla rete.

Dove vengono utilizzati gli accessori per cavi:

• Terminazioni dei cavi CC – presso scatole di combinazione, inverter e punti di raccolta CC.

• Giunzioni e terminazioni dei cavi CA: lungo il sistema di raccolta, alle uscite degli inverter e nelle sottostazioni.

• Connettori – per collegare i cavi a quadri elettrici e trasformatori.

• Scatole di derivazione: per derivare e collegare più cavi.

2. Gli accessori chiave: cosa serve agli impianti solari

Gli impianti solari utilizzano gli stessi tipi di accessori per cavi di base degli altri impianti di media tensione, ma con adattamenti specifici:

Terminazioni
Le terminazioni collegano i cavi alle apparecchiature: quadri elettrici, trasformatori, inverter e scatole di giunzione. Garantiscono il controllo delle sollecitazioni nel punto di taglio della schermatura del cavo, l'isolamento elettrico e la protezione dall'umidità.

• Terminazioni esterne – Utilizzate nelle sottostazioni e nelle stazioni di inverter. Sono dotate di tettoie per proteggere dalla pioggia e dai raggi UV.

• Terminazioni per interni – Utilizzate all'interno di involucri per apparecchiature. Più compatte, senza protezioni dagli agenti atmosferici.

Giunti (giunti dritti)
I giunti collegano due sezioni di cavo, ad esempio per prolungare cavi lunghi, riparare sezioni danneggiate o effettuare transizioni tra diversi tipi di cavo. Negli impianti solari, i giunti sono ampiamente utilizzati nel sistema di collettori.

Connettori (connettori separabili)
I connettori a innesto (come i connettori a T e i connettori ad angolo) collegano i cavi a quadri elettrici e trasformatori. Sono progettati per una facile installazione e disconnessione. Alcuni connettori sono adatti per applicazioni in corrente continua.

Scatole di derivazione
Le scatole di derivazione forniscono punti di diramazione dove è possibile collegare più cavi o dove i cavi passano da sotterranei ad aerei.

3. Corrente continua vs. corrente alternata: requisiti differenti per gli accessori

Una delle peculiarità degli impianti solari è la presenza di cavi di media tensione sia in corrente continua (CC) che in corrente alternata (CA), e gli accessori necessari per il loro funzionamento hanno requisiti differenti.

Punto chiave: sebbene molti accessori per corrente alternata possano essere utilizzati anche in corrente continua (fino a una certa tensione), non è sempre vero il contrario. Gli accessori devono essere specificamente classificati e testati per il tipo di corrente a cui sono destinati.

4. Sfide ambientali: calore, raggi UV e sabbia

Gli impianti solari sono spesso situati in ambienti caldi, soleggiati e talvolta aridi, ovvero esattamente le condizioni che mettono a dura prova gli accessori per i cavi.

Temperature elevate
Nelle centrali solari situate in zone desertiche e tropicali, le temperature ambientali superano i 40 °C. L'isolamento dei cavi e i materiali accessori devono essere adatti a queste temperature (in genere 90 °C per il XLPE, 105 °C per alcuni elastomeri).

Radiazioni UV
Gli accessori per esterni devono resistere a un'intensa esposizione ai raggi UV senza screpolarsi, sfarinarsi o perdere le proprie proprietà meccaniche. La gomma siliconica è la scelta preferibile per la sua intrinseca resistenza ai raggi UV.

Sabbia e polvere
La sabbia trasportata dal vento può abradere le guaine dei cavi e gli alloggiamenti degli accessori. Le guarnizioni devono essere robuste per impedire l'ingresso di particelle fini.

Ciclo di temperatura
Le oscillazioni di temperatura tra il giorno e la notte causano l'espansione e la contrazione dei materiali, sollecitando le interfacce e le guarnizioni. Gli accessori devono essere in grado di resistere a queste sollecitazioni senza allentarsi o rompersi.

5. Materiali disponibili: silicone, EPDM e altro ancora.

Le stesse scelte di materiali utilizzate in altre applicazioni di media tensione si applicano anche agli impianti solari:

Restringimento a freddo vs. restringimento a caldo:

• Il processo di termoretrazione a freddo è molto diffuso negli impianti solari perché non richiede fonti di calore (riducendo il rischio di incendio) ed è più rapido da installare. Inoltre, garantisce interfacce uniformi e prive di vuoti.

• Le guaine termorestringenti sono ancora utilizzate in applicazioni in cui il costo è un fattore critico, ma richiedono una maggiore competenza da parte dell'installatore.

6. Lunghe tratte di cavi: la sfida dei giunti

Gli impianti solari spesso presentano lunghi tratti di cavo, a volte di chilometri, che collegano la stazione di conversione alla sottostazione. Poiché i cavi vengono prodotti in lunghezze limitate, sono necessari numerosi giunti.

L'affidabilità congiunta è fondamentale:

• Il guasto di un singolo giunto può mandare in tilt un'intera serie di inverter, riducendo la produzione dell'azienda agricola.

• I giunti devono essere installati con precisione: dimensioni di distanziamento corrette, pulizia accurata e sigillatura adeguata.

Come gli impianti solari gestiscono il rischio comune:

• Utilizzo di giunti preformati o a freddo, che dipendono meno dall'abilità dell'installatore.

• Cavi pre-terminati in fabbrica per alcune applicazioni (in cui il cavo viene prodotto con gli accessori già installati).

• Monitoraggio regolare tramite termografia e scariche parziali per individuare eventuali problemi articolari in fase iniziale.

7. Connettori: Plug-and-Play per il solare

Molti impianti solari utilizzano connettori separabili, ovvero dispositivi a innesto che semplificano il collegamento dei cavi a quadri elettrici e trasformatori. Questi connettori sono particolarmente utili per:

• Connessioni dell'inverter: punti in cui potrebbe essere necessario scollegare i cavi per la manutenzione dell'inverter.

• Collegamenti di sottostazione: punti in cui i cavi vengono collegati al quadro elettrico.

• Interconnessione – Punto di incontro di due sezioni di cavo.

Caratteristiche principali dei connettori solari:

• Schermo sicuro al tocco – Una guaina conduttiva in EPDM che fornisce una connessione completamente schermata e a prova di tocco.

• Scaricatori di sovratensione "piggy-back" – Per la protezione contro i fulmini e le sovratensioni di manovra.

• Installazione rapida: non sono necessari attrezzi speciali; basta premere per connettere.

8. Protezione contro le sovratensioni: fulmini in campi aperti

Gli impianti solari, con le loro ampie aree aperte e i cavi esposti, sono vulnerabili ai fulmini. I limitatori di sovratensione sono essenziali per proteggere inverter, trasformatori e quadri elettrici dalle sovratensioni.

Posizionamento del limitatore di sovratensione:

• In ogni stazione di inverter, dove si collegano i cavi CC.

• Nella sottostazione, dove si collega il sistema di raccolta in corrente alternata.

• Nei punti chiave dei quadri elettrici.

Alcuni connettori sono disponibili con scaricatori di sovratensione integrati (assemblaggi piggy-back), semplificando l'installazione e riducendo l'ingombro.

9. Installazione: velocità e scala

Gli impianti solari vengono costruiti su scala imponente: un impianto da 100 MW può avere migliaia di terminazioni di cavi e centinaia di giunzioni. L'installazione deve essere rapida, affidabile ed economicamente vantaggiosa.

Strategie chiave:

• Tecnologia a freddo: non è necessaria alcuna fonte di calore, il che riduce i tempi di installazione e il rischio di incendio.

• Accessori preformati: qualità costante, installazione semplificata.

• Pre-terminazione in fabbrica: cavi forniti con terminazioni già installate.

• Installatori qualificati: una formazione adeguata è essenziale per ottenere giunzioni e terminazioni affidabili.

10. Garanzia di qualità: test e certificazione

Gli accessori per i cavi degli impianti solari devono soddisfare gli stessi rigorosi standard di qualsiasi altro impianto di media tensione:

• IEC 60502-4 – Prove di tipo per accessori di media tensione.

• IEC 60840 – Cavi e accessori ad alta tensione (per sistemi di collettori ad alta tensione).

• IEEE 404 – Giunti.

• IEEE 48 – Terminazioni.

I test includono:

• Prove di tipo (elettriche, meccaniche, ambientali).

• Prove a campione (controlli periodici sulla qualità della produzione).

• Test di routine (su ogni prodotto).

• Prove di collaudo in loco (dopo l'installazione).

11. Il futuro: 1500 V CC e tensioni superiori

L'industria solare si sta orientando verso tensioni CC più elevate, da 1000 V a 1500 V e oltre, per ridurre le perdite nei cavi e i costi di installazione. Questa tendenza impone nuove esigenze agli accessori per cavi:

• Tensione nominale CC più elevata: gli accessori devono essere testati e certificati per la tensione più elevata.

• Isolamento migliorato: potrebbe essere necessario un isolamento più spesso o di qualità superiore.

• Nuove soluzioni per il controllo delle sollecitazioni: il controllo delle sollecitazioni in corrente continua è diverso da quello in corrente alternata; la progettazione degli accessori deve quindi adattarsi.

Alcuni produttori offrono ora terminazioni e connettori con una tensione nominale di 1500 V CC specificamente progettati per applicazioni solari.

Gli impianti solari si basano su una vasta rete di cavi di media tensione e gli accessori che li collegano, terminano e proteggono sono essenziali per le prestazioni e l'affidabilità dell'impianto. Dai caldi deserti del Medio Oriente alle pianure soleggiate del sud-ovest americano, gli accessori per cavi devono resistere al calore, ai raggi UV, alla sabbia e alle lunghe distanze di posa. Grazie a materiali avanzati, ingegneria di precisione e test rigorosi, garantiscono l'affidabilità di cui i progetti di energia solare hanno bisogno.

Con la crescita del settore solare e il passaggio a tensioni più elevate, aumenteranno anche le esigenze in termini di accessori per cavi. Ma grazie alla continua innovazione, dalla tecnologia di termoretrazione a freddo ai connettori con tensione nominale di 1500 V CC, il settore è ben attrezzato per mantenere la rivoluzione delle energie rinnovabili sempre connessa.