Come Dimensionare I Fusibili Per Un Impianto Fotovoltaico

1. Il Fusibile Per Il Circuito DC Di Un Sistema Fotovoltaico

In un impianto fotovoltaico, il primo elemento che richiede attenzione in termini di protezione è il circuito in corrente continua (DC). Questo è il tratto compreso tra i moduli fotovoltaici e l’inverter, o nel caso di sistemi stand-alone, tra i moduli e il regolatore di carica o il sistema di accumulo. Si tratta di un circuito soggetto a tensioni potenzialmente elevate, che possono superare i 600-1000 V DC nei sistemi residenziali e anche di più in contesti industriali. È quindi indispensabile l’uso di fusibili specifici per la corrente continua.

A differenza della corrente alternata, dove la polarità cambia periodicamente, in un circuito DC l’arco elettrico che si può generare in caso di apertura del circuito è più stabile e difficile da spegnere. Per questa ragione, i fusibili per DC devono essere progettati in modo da interrompere il flusso elettrico in sicurezza, evitando il rischio di archi persistenti.

In commercio esistono fusibili fotovoltaici di varie forme, ma la scelta non deve mai basarsi solo su forma e dimensione: è fondamentale che siano certificati per uso in impianti fotovoltaici, con indicazioni precise sulle caratteristiche di tensione massima e corrente nominale. In particolare:

• La tensione nominale indicata (es. 1000 V DC) non deve mai essere inferiore alla tensione massima a circuito aperto (Voc) del campo fotovoltaico;
• La corrente nominale del fusibile deve essere adeguata per sopportare la corrente di esercizio, ma intervenire rapidamente in caso di sovracorrente.

Molti fusibili riportano due valori distinti per AC e DC, ma è essenziale considerare solo il valore DC quando si proteggono le linee in continua. Utilizzare un fusibile AC su un circuito DC può risultare inefficace e pericoloso.

Infine, la sostituzione di un fusibile bruciato non deve essere vista solo come una “riparazione”, ma come un segnale di malfunzionamento nel sistema: è fondamentale verificare le cause della sovracorrente prima di installare un nuovo fusibile.

 

2. La Protezione Da Sovracorrenti Nei Sistemi Fotovoltaici

Una delle principali funzioni dei fusibili è quella di proteggere i cavi e i componenti da correnti eccessive, che possono essere dovute a guasti, corto circuiti o errori progettuali. In un impianto fotovoltaico, la corrente massima teorica di una stringa si ottiene a partire dal parametro Isc (corrente di corto circuito), fornito dal costruttore nel datasheet del modulo.

Per la corretta protezione, secondo la normativa IEC 62548 e le sezioni della CEI 64-8 (in particolare la Sezione 712), è necessario considerare i seguenti fattori:

• I cavi e i fusibili devono essere dimensionati a 1,25 x Isc come valore minimo di portata;
• I dispositivi di protezione devono intervenire per sovracorrenti superiori al 125% della corrente nominale del circuito, ma inferiori al valore di tenuta dei cavi;
• Tipicamente, per tenere conto anche di fattori ambientali e margini di sicurezza, si considera 1,56 x Isc per il dimensionamento effettivo della corrente di intervento.

A titolo di esempio: se un modulo ha Isc = 9 A, il fusibile dovrebbe essere scelto per intervenire a circa 14 A. È importante non sovradimensionare troppo, perché un fusibile che non scatta in tempo non protegge adeguatamente.

La protezione non è solo contro corto circuiti: in impianti con più stringhe in parallelo, può verificarsi una corrente inversa da altre stringhe verso quella guasta. I fusibili servono anche a evitare che una stringa danneggiata riceva corrente in ingresso dalle altre, con possibili danni irreversibili ai moduli.

Per completare la protezione, oltre ai fusibili è buona norma installare:

• Sezionatori DC a monte e a valle del campo fotovoltaico;
• Dispositivi di protezione da sovratensioni (SPD) specifici per DC;
• Interruttori differenziali e magnetotermici nella parte AC dell’impianto.

 

3. Dimensionare I Fusibili Per Le Singole Stringhe

Il numero di stringhe fotovoltaiche determina se è necessario proteggere ciascuna di esse con un fusibile dedicato. Secondo quanto stabilito dalle normative e dalle buone pratiche:

• Se sono presenti meno di tre stringhe collegate in parallelo, non è obbligatoria una protezione individuale per ciascuna stringa, purché i cavi siano correttamente dimensionati;
• Quando ci sono tre o più stringhe in parallelo, ogni stringa deve essere protetta singolarmente con un fusibile, per prevenire danni da correnti inverse.

Vediamo un esempio pratico. Supponiamo di avere:

• Tre stringhe da 8 moduli ciascuna, collegate in parallelo;
• Moduli con Isc = 9 A e Voc = 45 V;
• Il campo in parallelo può generare fino a 27 A in condizioni di guasto (9 A x 3).

Se una stringa va in corto, può ricevere 18 A dalle altre due (9 + 9 A). Senza fusibile, i cavi di quella stringa possono surriscaldarsi o incendiarsi. Con il fusibile dimensionato a 14 A circa, la stringa difettosa viene disconnessa automaticamente.

Inoltre, i porta-fusibili devono essere compatibili con i fusibili usati e certificati per alta tensione DC. I più comuni sono i porta-fusibili 10×38 mm, usati anche in impianti fino a 1000 V DC, ma esistono formati più grandi per impianti industriali o utility-scale.

Una pratica sempre più diffusa consiste nell’utilizzo di combinatori di stringa prefabbricati, che integrano:

• Porta-fusibili per ciascuna stringa;
• Sezionatori DC;
• SPD;
• Eventualmente un monitoraggio delle stringhe.

Questo approccio consente di semplificare la posa in opera e garantire una protezione più affidabile e standardizzata.

 

4. I Fusibili Fotovoltaici: A Cosa Servono

Nel loro insieme, i fusibili fotovoltaici hanno una funzione chiave nella sicurezza elettrica dell’impianto. Essi proteggono da:

• Sovracorrenti dirette, causate ad esempio da un malfunzionamento dei moduli;
• Sovracorrenti inverse, quando una o più stringhe riversano energia in una linea danneggiata;
• Fulminazioni indirette, in particolare nella sezione DC, molto più sensibile ai picchi.

In un sistema tipico, troviamo:

• Fusibili in corrente continua, posti tra moduli e inverter, per proteggere stringhe e cavi;
• Fusibili in corrente alternata, a valle dell’inverter, per proteggere la connessione alla rete o all’impianto domestico.

La corrente continua è particolarmente insidiosa perché, se non interrotta correttamente, può provocare archi elettrici persistenti e innescare incendi. Per questo motivo, tutti i dispositivi di protezione devono essere:

• Certificati per DC (EN 60269-6 per fusibili fotovoltaici);
• Installati su entrambi i poli, positivo e negativo;
• A reazione rapida, per minimizzare tempi di intervento.

I fusibili agiscono in sinergia con:

• SPD DC, che scaricano a terra i picchi di tensione;
• Sezionatori DC, che permettono di scollegare in sicurezza il campo fotovoltaico;
• Monitoraggio delle stringhe, che consente di individuare anomalie prima che diventino critiche.

Da notare che i fusibili non si possono “resettare” come gli interruttori magnetotermici. Una volta bruciati, vanno sostituiti, quindi è bene prevedere una scorta di ricambio per ogni taglia utilizzata.

 

5. Gli Speciali Fusibili Usati Nel Fotovoltaico

I fusibili per impianti fotovoltaici non sono comuni fusibili da impianti civili. Sono progettati per un contesto molto particolare, dove:

• Le sovracorrenti da guasto sono modeste;
• Le condizioni di irraggiamento variano nel tempo;
• Le correnti di corto circuito possono essere più basse del minimo richiesto per l’intervento di un fusibile standard.

Per questo motivo, i fusibili solari devono avere una bassa corrente minima di intervento (Imin), ossia la minima corrente alla quale possono aprire il circuito in sicurezza.

Questo requisito è fondamentale in scenari come:

• Mattina presto o sera, quando la produzione è debole ma un corto può verificarsi;
• Condizioni meteorologiche avverse, come nebbia, pioggia o copertura nuvolosa;
• Impianti con accumulo, dove le correnti DC possono variare rapidamente in base al ciclo di carica/scarica.

Un fusibile con Imin troppo alta non si attiverebbe in questi casi, lasciando passare la corrente di guasto e compromettendo la sicurezza.

Per superare queste sfide, i produttori hanno sviluppato fusibili speciali per il fotovoltaico, con:

• Imin molto bassa, tipicamente intorno al 1.3–1.5 x In;
• Tempi di intervento rapidi, anche per sovracorrenti ridotte;
• Elevata resistenza all’invecchiamento per uso esterno;
• Protezione contro il degrado termico, causato da cicli giornalieri di irraggiamento e raffreddamento.

Questi fusibili sono frutto di anni di ricerca, spesso con materiali ad alta conduttività, sistemi di raffreddamento integrati e caratteristiche costruttive brevettate.

 

Conclusione: Una Protezione Progettata, Non Improvvisata

Il corretto dimensionamento dei fusibili in un impianto fotovoltaico non è una scelta da improvvisare, né un dettaglio trascurabile. Si tratta di un aspetto fondamentale per la sicurezza, la durabilità e l’efficienza del sistema.

Un fusibile sbagliato può:

• Non intervenire in tempo, esponendo il sistema a danni;
• Intervenire troppo spesso, causando interruzioni indesiderate;
• Essere inutile, se progettato per la corrente alternata o con tensioni troppo basse.

Al contrario, una buona progettazione elettrica prevede:

• La conoscenza precisa dei dati elettrici del campo fotovoltaico;
• Il rispetto delle norme tecniche e delle condizioni ambientali;
• L’uso di componenti certificati per il fotovoltaico, con caratteristiche adeguate.

Oggi, con l’aumento degli impianti residenziali e l’adozione diffusa delle batterie di accumulo, la protezione DC è diventata ancora più importante. Investire in fusibili di qualità significa garantire l’affidabilità e la sicurezza di un impianto per oltre 20 anni di vita operativa.

Chi progetta o installa un impianto deve quindi considerare i fusibili non come un “accessorio”, ma come una parte integrante del cuore elettrico del sistema.