I MODULI FOTOVOLTAICI

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1 I MODULI FOTOVOLTAICI E LA NEVE Dr. Thomas Friesen Via Gerbiasco, 272 I Mercallo (VA)

2 Oggi giorno l impianto fotovoltaico deve essere progettato per una durata di almeno venticinque anni. Durante questo periodo i moduli sono esposti alle condizioni climatiche ed eventuali altri fattori ambientali come l inquinamento. Per questo i moduli, il sistema di fissaggio e la struttura portante su cui poggiano devono resistere alle intemperie climatiche e ambientali. Escursione termica, umidità, vento, neve, grandine e l irraggiamento UV sono fenomeni climatici che determinano in modo rilevante la durata di vita dell impianto. Per alcuni luoghi d installazione, in particolar modo nelle regioni alpine e prealpine, due fattori importanti da tenere in considerazione sono lo stress dal carico da neve e da grandine che interagiranno sul sistema FV nel corso della sua vita. Questi due stress possono causare anche il danno totale del modulo FV con la necessità di rimpiazzo a volte difficili e costose. Per impianti a campo aperto la sostituzione può essere semplice, ma nel caso che i moduli FV sono integrati per esempio in un tetto, la loro sostituzione sarà molto più laboriosa e costosa. Questa prima monografia vuole illustrare l impatto della neve sul modulo fotovoltaico, illustra le norme in vigore e metodi di calcolo per il carico neve e da indicazioni per eseguire una progettazione corretta. 1. L impianto fotovoltaico I principali tipi d impianti fotovoltaici illustrati nella seguente tabella si distinguono secondo il luogo d installazione e il loro grado d integrazione nella costruzione. Secondo del tipo d installazione il modulo FV sarà soggetto in modo diverso allo stress da carico da neve e di conseguenza sono diverse anche le considerazioni da tenere presenti nella fase di progettazione. Tipologia d impianto Tetto a falda Non integrato Particolarità Considerare la possibilità di caduta neve su persone o cose sottostanti. Tetto piano Accumulo neve potrebbe aumentare il carico sul tetto. Impianto a campo libero Accumulo di neve sotto i moduli Tetto a falda Integrato Considerare la possibilità di caduta neve su persone o cose sottostanti. Moduli in facciata Integrati o non integrati Nessun problema particolare Tabella 1: tipologie d installazioni fotovoltaiche e alcune particolarità L impianto fotovoltaico esposto all ambiente è composto dal modulo, da una struttura portante e un fissaggio tra modulo e struttura. In seguito saranno illustrati più in dettaglio questi elementi. Pagina 2

3 1.1. Il modulo FV Il principio costruttivo di un modulo FV non è cambiato nel tempo: un sandwich composto da uno strato superiore trasparente, un substrato e in mezzo un materiale polimero con inglobate le celle fotovoltaiche. Il polimero inglobante, in genere EVA, protegge le celle dagli agenti atmosferici e garantisce l isolamento elettrico, il substrato e il superstrato principalmente servono a proteggere le celle dall esterno e garantiscono la stabilità meccanica. Questo sandwich è chiamato laminato fotovoltaico se il substrato è composto da un polimero (ossia backsheet). Il modulo FV più comune è composto dal laminato munito di una cornice, di norma in alluminio anodizzato, incollata con biadesivo o silicone. La cornice garantisce la stabilità meccanica e permette il fissaggio del modulo alla struttura di sostegno. Sul mercato sono presenti anche moduli con substrati in vetro formando detti moduli vetro-vetro, con o senza cornice. Per l argomento trattato è importante la resistenza meccanica del modulo che è determinata dal tipo di trattamento del vetro, dal suo spessore e dimensioni e dalla cornice. La seguente tabella riassume le caratteristiche più comuni dei moduli in silicio cristallino e con film sottile. Modulo Silicio cristallino Film sottile Strato superiore vetro 3.2 o 4 mm temprato vetro 3.2 o 4 mm temprato Laminazione EVA (più raramente PVB) PVB (più raramente EVA) Celle Silicio mono o poli cristallino Film sottile Si amorfo, CIGS, CdTe.. Substrato Polimero (p.e. Tedlar) o vetro Vetro (float) Cornice Alluminio anodizzato Alluminio anodizzato Dimensioni Fino a 1000 x 2000 mm, h 40 mm 1300 x 1300 mm, h 8 mm Peso Fino a 22 kg 10 kg Tabella 2: design più comune e alcune caratteristiche dei moduli con celle a silicio cristallino e a tecnologia film sottile (CIGS, CdTe o Si amorfo) 1.2. Fissaggio del modulo e la struttura portante Il modulo FV deve essere fissato alla sua struttura portante in modo sicuro e affidabile. Il fissaggio non deve richiedere nessun tipo di manutenzione per tutta la durata di vita del sistema FV e la struttura portante deve essere costruita in materiali resistenti alle influenze climatiche. Esistono diversi metodi di fissaggio del modulo FV a secondo del tipo di modulo e della struttura. Tipologia di fissaggio Morsetto Struttura Morsetto pre assemblato per moduli con cornici (Morsetto finale e centrale) Morsetto per moduli film sottile senza cornice o laminati Pagina 3

4 Porta moduli a incastro Moduli incollati su una struttura (tetto metallico, facciata, ) Tabella 3: alcuni esempi fissaggi per moduli e relative strutture portanti Le combinazioni tra tipologia d impianto, design del modulo e metodo di fissaggio sono numerose. Ogni progetto richiede il suo studio non solo dal punto di vista elettrico, ma anche meccanico e edile. Inoltre deve essere anche progettata e costruita secondo le richieste meccaniche tenendo conto del carico da neve e vento definite nello standard EN La neve L altezza delle nevicate e lo spessore del manto nevoso sono indicati in cm. L altezza della neve caduta fino alle 7.30 di mattina da un giorno all altro è definita come altezza della nevicata U. Si deve, però, distinguere tra l altezza della nevicata U e lo spessore C del manto nevoso sul suolo come descritto in figura 1. È da notare che la neve fresca dello spessore U 1 con il tempo si compatta a causa del suo stesso peso e delle Figura 2: stratificazione del manto nevoso. Figura 1: Altezza del manto nevoso formato dalle nevicate di altezza U condizioni climatiche, come la temperatura e l umidità dell aria. Lo spessore del manto nevoso diminuisce anche per scioglimento o per sublimazione. Se sul suolo è presente un manto nevoso compattato C 1, formato dalla prima nevicata U 1, con una nuova nevicata con un altezza U 2 lo spessore della coltre nevosa aumenta aggiungendosi allo spessore della nevicata compattata C 1. Il nuovo spessore del manto nevoso è C 2. A causa della compattazione e dello scioglimento l altezza del manto nevoso non è la somma delle altezze delle singole nevicate, bensì risulta essere inferiore. Figura 2 illustra la stratificazione del manto nevoso sul terreno formato dalle nevicate. La neve è distinta in quattro tipologie: Il peso specifico (peso per volume) della neve è misurato in N/m 3 e può variare notevolmente - come indicato nella Tabella 4 - a secondo delle condizioni climatiche. Tipologia di neve Peso specifico (N/m 3 ) Densità (Kg/m 3 ) Fresca Appena caduta Compatta Dopo alcuni giorni senza pioggia o disgelo Vecchia neve dopo alcune settimane Umida neve bagnata da pioggia o da elevate temperature Pagina 4

5 Tabella 4: peso specifico in N/m 3 e densità in kg/m 3 delle quattro tipologie di neve Il carico da neve a differenza della sua densità - viene indicato in N/m 3 (Newton / 1 N = 1 kg/(m 2 sec) perché il carico esercita una forza. Un carico di 10 N viene esercitato da una massa di 1 kg. 3. Il calcolo del carico da neve Il carico provocato dalla neve sul modulo viene calcolato secondo gli standard in vigore, che sono l EN nella Comunità Europea e la SIA 261 in Svizzera. Oltre il metodo di calcolo gli standard indicano il carico da neve da considerarsi per il luogo d installazione del sistema FV. Il valore indicato nella norma per un luogo equivale a una probabilità del 98% che nell arco di cinquanta anni in un inverno si accumuli un tale carico. L impianto FV composto dai moduli e dalle strutture deve essere progettato e costruito per resistere a questo carico. Per calcolare il carico da neve sul modulo fotovoltaico si deve tenere conto dei seguenti parametri: 1. La regione climatica in cui si trova l installazione fotovoltaica (cartina in figura 3). 2. L altitudine sopra il livello del mare (s.l.m.) in cui è installato l impianto (figura 4) 3. L inclinazione del modulo FV (figura 4) Figura 3: La suddivisione del Europa in zone climatiche Figura 4: altezza della neve sul suolo e sul modulo Lo standard EUROCODE definisce la seguente formula per calcolare il carico da neve S sul modulo: S = μ c e c t S k S carico da neve sul modulo μ coefficiente forma dato dalla inclinazione dei moduli c e coefficiente correttivo per l esposizione p.e. vento c t coefficiente correttivo termico S k carico da neve normalizzato sul suolo Nei successivi capitoli andremo a spiegare i singoli passaggi per ottenere i calcoli corretti. Pagina 5

6 3.1. Le regioni climatiche europee La prima informazione necessaria è stabilire in quale regione climatica si trova l installazione fotovoltaica. Figura 3 rappresenta gran parte del continente europeo suddiviso nelle sue regioni climatiche secondo la norma EUROCODE Per ciascuna regione climatica è stata stabilita una formula per il calcolo che andiamo a vedere nel capitolo successivo Il carico da neve al suolo S k Per ogni regione climatica la normativa EN definisce l equazione per calcolare il carico da neve S k normalizzato al suolo basata sulla storia delle precipitazioni e caratteristiche della zona. Il carico normalizzato al suolo è definito come l altezza che può raggiungere il manto nevoso al suolo senza tenere conto di fattori che possono diminuire o aumentare l altezza del manto nevoso. Le formule sono riportate qua di seguito: Regioni alpine Regioni centro europee Grecia Zona mediterranea Penisola iberica Regione europea centro occidentale Svezia Finlandia Gran Bretagna Irlanda S k = (0.642 Z ) [1 + ( A 728 )2 ] S k = (0.264 Z 0.002) [1 + ( A 256 )2 ] S k = (0.420 Z 0.030) [1 + ( A 917 )2 ] S k = (0.498 Z 0.209) [1 + ( A 452 )2 ] S k = (0.190 Z 0.095) [1 + ( A 524 )2 ] S k = (0.164 Z 0.082) + A 966 S k = (0.164 Z ) + A S k = (0.164 Z 0.1) + A Le variabili usate nelle formule sono Z numero della zona neve da 1 a 5 secondo EN A altitudine sopra il livello del mare in metri 3.3 Il coefficiente di esposizione c e Lo spessore del manto nevoso, con l esposizione al vento, può aumentare, a causa di un accumulo, o diminuire per asportazione. Il coefficiente di esposizione c e tiene conto ti questa variazione e corregge il carico della neve normalizzato S k tenendo conto dell esposizione. Il coefficiente può assumere un valore tra lo 0.8 e l 1.2 a secondo delle condizioni d esposizione. Il valore 0.8 indica una forte esposizione al vento con conseguente riduzione dello spessore del manto nevoso. Il valore 1 indica un esposizione normale e l 1.2 un esposizione con possibilità di accumulo Il coefficiente termico c t Il coefficiente termico c t tiene conto dello scioglimento elevato della neve causato, per esempio, da uno scarso isolamento di un tetto. In genere questo coefficiente è uguale a 1 e solo in particolari situazioni il coefficiente può essere scelto inferiore al valore Il coefficiente di forma μ Pagina 6

7 coefficiente forma μ I moduli fotovoltaici e la neve Il coefficiente di forma μ coregge il valore S k dell altezza della neve al suolo tenendo conto dell inclinazione α dei moduli FV (vedi figura 4). Più inclinato è il modulo, meno neve si accumula e il carico diminuisce. Per moduli inclinati con un angolo α inferiore a 30 (come nel caso di moduli su tetti industriali piani), l altezza neve al suolo viene corretta con il valore fisso di 0.8. Per un angolo d inclinazione da 30 a 60 (è il caso di moduli installati su un tetto a falda o in un campo libero), il valore μ decresce velocemente con l aumentare dell inclinazione, mentre per pannelli inclinati con più di 60 non sarà necessario tenere conto del carico da neve visto che il coefficiente è (60 ) inclinazione modulo α ( ) Figura 5: coefficiente di forma μ per correggere l altezza della neve in funzione all inclinazione α del modulo RIEPILOGO per eseguire il calcolo del carico neve 1. Stabilire regione climatica europea 2. Stabilire zona neve 3. Stabilire altitudine dell installazione 4. Calcolare carico neve al suolo con altitudine e zona neve 5. Valutare coefficienti di correzione 6. Calcolo valore carico neve TUTTO IL SISTEMA FV COMPOSTO DA MODULO FISSAGGIO STRUTTURA DEVE SOSTENERE IL CARICO NEVE INDICATO DALLO STANDARD. Pagina 7

8 carico neve (kn/m 2 ) I moduli fotovoltaici e la neve 4. Il carico neve 4.1. Carico da neve per le regioni alpine Figura 6 mostra la mappa per la regione alpina delle zone carico da neve Z da 1 a 4 secondo la norma EN , tra qui anche quella italiana carico neve in funzione della altitudine per le diverse zone Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 IEC IEC alto altitudine s.l.m. (metri) Figura 6: Mappa del valore caratteristico del carico neve al suolo per la zona alpina Figura 7: valore del carico neve per le differenti zone in funzione della altitudine Il carico da neve normalizzato S k al suolo in funzione della zona neve Z - da 1 a 4 - e dell altitudine A, viene calcolato facendo riferimento alla norma con la seguente formula S k = (0.642 Z ) [1 + ( A ) ] S k altezza neve normalizzata al suolo Z zona neve A altitudine sopra il livello del mare (in metri) Il carico da neve S minimo da considerare per tutta la regione alpina indipendente dalla zona e dell altitudine è di 900 N e l altitudine massima per quale vale il calcolo è di 1500 m. Oltre a quest altitudine si deve richiedere il valore agli uffici competenti Il carico da neve per l Italia mediterranea L Italia si divide in due zone climatiche la regione alpina già trattata in 4.1 e la regione mediterranea. Per la regione mediterranea vale la formula: S k = (0.498 Z 0.209) [1 + ( A ) ] S k altezza neve normalizzata al suolo Z zona neve A altitudine sopra il livello del mare in metri Il carico da neve s minimo da considerare per tutta la regione alpina indipendente dalla zona e dell altitudine è di 900 N e l altitudine massima per quale vale il calcolo è di 1500 m. Oltre a quest altitudine si deve richiedere il valore agli uffici competenti. Pagina 8

9 Figura 8: Mappa del valore caratteristico del carico neve al suolo per la zona mediterranea Figura 9: valore del carico neve per le differenti zone in funzione della altitudine 4.3. Austria Anche l Austria si è allineata alla normativa europea con l ÖNORM B Viene utilizzata sempre la formula per la zona alpina come in capitolo 4.1. ma con fattori per le zona Z leggermente diversi come illustrato in figura 10. Zona 2* Z = 1.6 Zona 2 Z = 2 Zona 3 Z = 3 Zona 4 Z = 4 Figura 10: Mappa del valore caratteristico del carico neve al suolo per l Austria Figura 11: valore del carico neve per le differenti zone in funzione della altitudine Il carico da neve S minimo da considerare per tutta la regione alpina indipendente dalla zona e dell altitudine è di 900 N e l altitudine massima per quale vale il calcolo è di 1500 m. Oltre a quest altitudine si deve richiedere il valore agli uffici competenti Il carico da neve in Svizzera Per il territorio svizzero il carico da neve viene calcolato secondo la norma SIA Il calcolo non è eseguito con le diverse zone di carico da neve Z e l altitudine A come nella norma europea, ma con un altitudine h 0 corretta in funzione della zona con un fattore da -200 m a +500 m come visualizzato nella cartina in figura 12. La seguente formula di calcolo di fatto si differenzia per la sostituzione del fattore Z con l altitudine corretta h 0 Pagina 9

10 s k 2 h kn / m Il carico da neve minimo da considerare per tutta la Svizzera è di 900 N e il calcolo vale fino a un altitudine di 2000 m. Per installazione ad altitudini maggiori si deve richiedere il valore agli uffici competenti, p. es. uffici tecnici comunali. Il grafico in figura 13 visualizza il carico da neve calcolato secondo la formula per le diverse altitudini con correzione h 0 in funzione all altitudine dell impianto fotovoltaico. Figura 12: mappa delle zone neve in Svizzera Figura 13: valore del carico neve per le differenti zone in funzione della altitudine Pagina 10

11 5. La prova meccanica dei moduli fotovoltaici Nell introduzione abbiamo illustrato brevemente le numerose possibilità d installazione fotovoltaiche legate al tipo di modulo e al suo design costruttivo, compreso il tipo d impianto e il suo luogo d installazione. Il design del modulo FV viene qualificato secondo gli standard IEC (International Electric Committee): IEC per i moduli terrestri di silicio cristallino IEC per i moduli terrestri a film sottile Entrambi gli standard prevedono la prova di carico meccanico. Lo scopo di questa prova è di verificare la resistenza del modulo alle sollecitazioni meccaniche statiche con l obiettivo di simulare il carico da neve e le sollecitazioni del vento costante. Il test eseguito a temperatura ambiente non tiene conto dei possibili cambiamenti delle caratteristiche per materiali a basse temperature come potrebbe avvenire in realtà. Per valutare lo stato iniziale e finale del modulo in prova devono essere eseguiti test e misure di controllo in accordo con gli standard IEC: I. Ispezione visiva: Nessun difetto visivo come celle rotte, delaminazioni, interruzioni dei collegamenti elettrici come definito nello standard IEC e cap II. Misura d isolamento elettrico: a una tensione di 3000 V l isolamento delle celle deve essere maggiore di 40 MOhm * m 2 III. Misura d isolamento in ambiente umido: a una tensione di 1000 V l isolamento delle celle deve essere maggiore di 40 MOhm * m 2 IV. Misura della massima potenza del modulo a condizioni standard (STC) Per verificare i danni causati dalla prova di carico meccanico alle celle FV, si utilizza la fotografia a elettroluminescenza (EL). Questa tecnica sviluppata negli ultimi anni permette di visualizzare le celle come in una radiografia. Per eseguire la foto si applica una tensione alle celle del modulo in modo che passi corrente in genere per moduli in silicio viene scelta la corrente di corto circuito. La tensione provoca l emissione di fotoni con una lunghezza d onda caratteristica per il silicio di 1100 nm. In forma semplificata, si tratta dell inversione dell effetto fotovoltaico come illustrato in figura 14. Per visualizzare eventuali danni è necessario fotografare il modulo prima e dopo la prova al fine di permettere il confronto. Per la valutazione della funzionalità del modulo non esiste ancora uno standard. Figura 14: Principio di funzionamento elettroluminescenza Figura 15: fotografia EL di un modulo danneggiato dalla prova di carico meccanico Prova di carico meccanico secondo standard IEC e Nella sequenza di prova per la qualifica IEC il carico meccanico viene eseguito sul modulo invecchiato, ossia dopo la prova umido statica di 1000 ore a 85 C e 85% di umidità relativa. La prova può essere eseguita anche singolarmente per testare configurazioni di montaggio particolari rispettando sempre le regole per le prove iniziali e finali descritte prima. La prova dovrebbe essere eseguita da personale specializzato in un centro di prove accreditate ISO con strumentazioni e impianti controllati e tarati regolarmente. Pagina 11

12 Il sistema di prova Per l esecuzione della prova è necessario avere un apparato che abbia la possibilità di esercitare delle forze controllate sul modulo FV con i requisiti richiesti dallo standard IEC - Esercitare una forza sulla superficie del modulo con una tolleranza di 0 / pa - Esercitare la forza per 60 min - Una struttura rigida di montaggio per il modulo Da notare che lo standard non determina come viene applicato la forza sul modulo. Il carico può essere applicato al modulo fotovoltaico con pesi come sacchi di sabbia o con una vasca d acqua. In questi casi è necessario scaricare il modulo dal peso e giralo per caricare il retro. Il metodo con pistoni pneumatici muniti di ventose permette di esercitare la forza sia in spinta che in tiro.(vedi ). Figura 16: diversi sistema di prova per il carico meccanico: (a) con pistoni pneumatici, (b) con pesi appoggiati manualmente, (c) pesi appoggiati con un sistema meccanico Procedura di prova secondo standard IEC Il modulo FV viene fissato sulla struttura di prova seguendo le istruzioni di montaggio forniti dal produttore. Se il produttore indica più metodi o punti di fissaggio, il modulo deve essere fissato in considerazione dei punti più distanti tra di loro o con il metodo meno conveniente. La prova IEC consiste in tre ripetizioni di un ciclo composto da un ora di carico di 2400 pa sul fronte e un ora di carico sempre di 2400 pa sul retro del modulo (vedi Figura 17). Se il sistema di prova è munito di pistoni pneumatici, il carico frontale corrisponde alla spinta e il carico sul retro al tiro con i pistoni. Il carico di 2400 pa rappresenta la velocità del vento di 130 km/h (± 800 pa) con un fattore di sicurezza 3. Per simulare carichi da neve elevati, per l ultima fase di carico frontale la forza può essere aumentata a 5400 pa. Per tutta la durata della prova si monitora la continuità del circuito elettrico del modulo. Figura 17: ciclo di prova secondo la norma IEC Condizioni di superamento della prova Per superare la prova il modulo deve passare i test di verifica: ispezione visiva, isolamento elettrico e per i moduli cristallini la perdita di potenza dopo la prova non deve superare il 5%. Inoltre, durante la prova di carico la continuità elettrica non deve essere mai interrotta Prove meccaniche per sistemi di montaggio Nel capitolo precedente abbiamo illustrato la prova di carico meccanico che i moduli devono superare per essere qualificati IEC. La prova IEC è studiata principalmente per il modulo e non tanto per il sistema di montaggio. Per esigenze particolari un progettista può cambiare il metodo di fissaggio e la struttura di sostegno o usare i moduli standard per l integrazione in edifici. In questi casi è indicato testare l intero sistema composto dal Pagina 12

13 modulo, il suo fissaggio e la struttura di sostegno. Figura 18 illustra come un sistema FV viene montato, più completo possibile e nei limiti dimensionali del sistema, per l esecuzione della prova come da indicazione dal produttore. Le condizioni di prova sono da stabilire per ogni struttura sotto test secondo le richieste normative e del progetto. Durante la prova il carico può variare nei seguenti modi: Secondo il ciclo d prova IEC ma con carichi e tempi diversi Aumento del carico passo passo in trazione o pressione senza ritorno a zero Aumento del carico passo passo in trazione o pressione con ritorno a zero Il carico massimo è stabilito dal valore richiesto dalla norma o la prova può essere proseguita fino a rottura di un elemento della struttura per stabilire un valore limite permesso. Figura 18: esempi di sistemi FV montati sul sistema di prova (SUPSI SWISS PV module test centre) I grafici in figura 19 illustrano lo spostamento verticale del modulo FV misurato con appositi sensori posizionati su più punti del modulo, in genere in centro e sugli angoli, in funzione del tempo di prova. A sinistra è rappresentato il grafico per un modulo FV del tipo vetro / backsheet con cornice, montato con dei morsetti su una struttura molto rigida. Il modulo ha in centro una massima escursione di ±40 mm e non mostra nessuna deformazione plastica. Nel grafico in figura 19 (b) si può notare il comportamento di un modulo vetro - vetro a film sottile senza cornice. Si nota che il modulo vetro/vetro ha delle proprietà elastiche/plastiche e che da ciclo a ciclo la deformazione aumenta. Dal grafico si nota che durante la prova si è verificato una rottura durante il secondo ciclo. Figura 19: Spostamento verticale del modulo (a) Grafico a sinistra: modulo Si cristallino con cornice (b) Grafico a destra: modulo vetro/vetro si nota la deformazione plastica elastica da un ciclo al altro e un punto di rottura.. Questo tipo di prova dà indicazioni sul comportamento del modulo abbinato a diverse strutture di appoggio, tipo di morsetti e punti di fissaggio. E ciò permette di trovare una configurazione ottimale. Pagina 13

14 6. Problemi particolari causati dalla neve Durante gli ultimi anni le esperienze sul campo hanno evidenziato diverse problematiche causate dalla neve sui moduli, o per un difetto di progettazione ad esempio non sono stati considerati i carichi giusti o da problematiche particolari che andremo a esaminare nei prossimi paragrafi La caduta della neve dai moduli FV Che la neve scivoli via dai moduli è una caratteristica normalmente desiderata: prima il modulo FV si libera dalla neve, più energia viene prodotta. Ma, in certi casi, il fatto che la neve scivoli da un tetto fotovoltaico può rappresentare un problema, e causa di possibili danni a cose o persone. Quando, per esempio i pannelli sono montati sopra zone di passaggio pedonale o aree di parcheggio, la caduta della neve in modo improvviso e violento può creare seri danni a persone o automobili. In questi casi è necessario prevedere la costruzione di tettoie sottostanti per prevenire la caduta della neve al suolo, impedire l accesso alle persone o prevedere ferma neve o zone di scarico sul tetto. Esistono sul mercato anche sistemi i quali sciolgono la neve sul modulo, o con una corrente inversa o con altri sistemi. Non per ultimo il proprietario deve provvedere allo sgombero controllato del modulo dalla neve per prevenire danni. La neve scivola via dai moduli molto prima e in modo più violento che da un tetto in tegole a causa del fattore d attrito molto basso tra neve e modulo con la sua superficie in vetro. Un film d acqua può ridurre ulteriormente il fattore d attrito. Figura 20: ferma neve per moduli FV Figura 21: i moduli distanziati fermano la neve 6.2. Distacco della cornice dal laminato Un problema riscontrato in particolare nelle zone alpine in bassa quota o nelle zone pre-alpine è il distacco della cornice dal laminato a causa di un carico eccessivo come mostrato nella figura 22. Questo fenomeno può accadere quando un primo strato di neve bagnata gela sul modulo. Questo strato di ghiaccio fa si che tutta la forza di carico agisce sulla cornice come illustrato in figura 23. Se questa forza supera la forza dell incollaggio tra cornice e laminato, la giunzione cede. La giunzione è inoltre indebolita a causa delle basse temperature e dai tempi prolungati in qui agisce la forza. Con il distacco della cornice viene a mancare la rigidità strutturale del modulo e il suo sfondamento è molto probabile. È in preparazione una prova IEC in laboratorio per testare la resistenza al distacco della cornice. Pagina 14

15 Figura 22: distacco della cornice dal laminato causato dal carico di neve Figura 23: distacco della cornice dal laminato causato dal carico di neve 6.2 Rottura del modulo FV causata da accumulo di neve Dopo inverni molto nevosi si è riscontrato in installazioni fotovoltaiche su campo aperto e più raramente su tetti piani, la rottura dei moduli nella fila inferiore più vicina al suolo. Come illustrato nella figura 22, la neve scivolando si accumula ai piedi della struttura di sostegno e sulla fila inferiore dei moduli. Qui, se non c è spazio sufficiente, si forma un accumulo di neve che esercita una forza di carico eccessiva provocando la rottura del modulo. I laminati senza cornice sono più soggetti alla rottura che i moduli con cornice. Per evitare questo tipo di rottura è sufficiente tenere conto dello spazio tra modulo e terreno e montare i pannelli a un altezza sufficientemente sicura. Quest accorgimento porta anche a una maggiore produzione d energia, visto che i moduli tendono e essere velocemente sgombri dalla neve. Figura 22: distacco della cornice dal laminato causato dal carico di neve Figura 23: accumulo di neve sotto i moduli 6.4. Carico aggiuntivo su un tetto piano L installazione di un impianto FV su un tetto piano può causare problemi particolari legati all accumulo di neve. Il carico neve sul tetto può aumentare in modo anomalo a causa del accumulo di neve tra i moduli originato dal vento e dallo scivolamento. Pagina 15

16 Figura 24: accumulo di neve dai moduli su un tetto piano causato 7. Conclusioni e riassunto Un sistema fotovoltaico deve essere progettato secondo la norma EN che definisce il carico il quale è sottoposto l impianto FV ed eventuali altre norme in vigore per il luogo d installazione. Il modulo FV qualificato secondo lo standard IEC o è testato per un carico di 2400 pa o per 5400 pa per il carico neve elevato. La seguente tabella mostra come, per le installazioni ad altitudini elevate nelle zone alpine, e soprattutto nelle regioni molto nevose, i carici da neve potrebbero superare questi valori. P. es. a 800 metri di altitudine 60 cm di neve bagnata supera il valore standard di 2400 pa e il valore di 5400 pa è sufficiente solo fino ad altitudini di 1200 m. carico neve (kn/m2) altezza neve (metri) fresca compatta vecchia umida 0 Altitudine h0 (m) 1 kn/m3 2 kn/m3 3 kn/m3 4 kn/m IEC norm IEC alt : Tabella 5: peso specifico in N/m 3 e densità in kg/m 3 delle quattro tipologie di neve Inoltre, è necessario tenere conto di alcuni fattori in fase di progettazione per un impianto fotovoltaico. Le diverse tipologie d impianto richiedono differenti considerazioni: - A CAMPO LIBERO: valutare solo il carico da neve secondo l inclinazione del modulo. Considerare l accumulo della neve ai piedi dei pannelli- - INSTALLAZIONI SU TETTO PIANO: valutare eventuale carico aggiuntivo a causa dell accumulo accumulo da vene - INSTALLAZIONE SU TETTO A FALDA: valutare i rischi dati dalla caduta neve carichi aggiuntivi se la neve si accumula - FV INTEGRATO in facciata: nessuna considerazione particolare da fare, a parte l eventuale caduta di neve su persone o cose sottostanti Pagina 16

17 Alcune raccomandazioni: Interpellare le autorità locali e/o competenti per verifica zona neve e il carico definito per il luogo d installazione Rispettare tutte le norme e regole (EN, costruttive applicabili all impianto FV) La progettazione deve essere eseguita da tecnici competenti ed esperti. Il montaggio di ogni installazione deve essere approvato da un esperto FV Utilizzo di materiali e componenti testati e certificati: moduli FV, fissaggio viti bulloni, strutture Se necessario richiedere garanzie aggiuntive ai fornitori. Eseguire, se necessario, prove aggiuntive presso laboratori accreditati. Montare i moduli con le stringhe delle celle in orizzontale per aumentare la produzione in caso di accumulo neve Normative di riferimento: IEC Moduli fotovoltaici in silicio cristallino per applicazioni terrestri - Progettazione e Omologazione IEC Moduli fotovoltaici a film sottili per usi terrestri - Progettazione e Omologazione IEC Qualifica per la sicurezza dei moduli fotovoltaici EN Criteri generali di progettazione strutturale- Azioni in generale - Carichi da neve Pagina 17