Pannelli fotovoltaici: come difendersi dagli eventi di grandine

Immaginiamo di aver appena comprato il nostro impianto fotovoltaico, montato sul tetto e finalmente funzionante… sono sufficienti 10 minuti per vedere infranto il nostro sogno solare… o forse no!

Gli impianti fotovoltaici, per loro natura, devono essere completamente esposti al sole, quindi vengono posizionati sui tetti dove possono vedere il cielo senza ombreggiamenti, ma questa posizione nasconde dei pericoli, come la completa esposizione agli agenti atmosferici: vento, neve, pioggia e… grandine.

I pannelli hanno la capacità di “difendersi” da ognuno di questi avversari, ma fino ad un certo limite.

Modulo fotovoltaico: come è fatto

Vediamo prima come è costituito un pannello fotovoltaico, partendo dalla parte posteriore (in basso) fino a quella superiore, esposta al sole:

• cornice esterna di alluminio anodizzato, che permette il fissaggio del modulo alla struttura;
• lo strato più in basso è costituito da materiale plastico che serve da sostegno per gli strati successivi del pannello; è un materiale polimerico come il tedlar, isolante e con scarsa dilatazione termica;
• poi viene steso su di esso uno strato di EVA, il cui acronimo significa Etilen Vinil Acetato ed è il copolimero risultante dalla polimerizzazione di etilene e acetato di vinile sotto particolari condizioni di temperatura e pressione; funge da collante;
• sopra di esso ci sono le celle fotovoltaiche collegate elettricamente tra loro in serie;
• e poi nuovamente uno strato di EVA, che incapsula le celle sottovuoto. La sua grande diffusione per questo scopo è dovuta a vari fattori, oltre al costo contenuto, ha forte carattere adesivo e notevole resistenza agli urti, che assorbe facilmente ed alle vibrazioni, inoltre è idrorepellente;
•  infine uno strato di vetro temperato e con una composizione particolare; ad esempio ha un contenuto di ferro molto basso, il che lo rende trasparente alle lunghezze d’onda della luce solare utili a generare energia elettrica;
• tornando giù, nella parte in basso, le terminazioni elettriche delle celle sono racchiuse nella cosiddetta scatola di giunzione, da cui escono i cavi che collegheranno tra loro i moduli fotovoltaici.

I vari materiali utilizzati hanno tutti una certa resistenza agli urti, come ad esempio il vetro temperato o lo strato EVA ed il supporto posteriore, a differenza della cella fotovoltaica che è piuttosto fragile. Il compito di assorbire gli stress meccanici è quindi lasciato ai materiali plastici ed alla cornice di alluminio.

Ovviamente ci sono dei limiti, oltre i quali il pannello non è in grado di resistere. A riguardo, il produttore dà delle indicazioni in scheda tecnica, come vedremo dopo.

Nel caso di vento, la superficie del pannello dovrà resistere alle sollecitazioni, come anche i morsetti di collegamento alla struttura, i binari, ossia i profili di alluminio che sono staffati al tetto, in caso di tetto a falda, ad esempio. Il parametro utile è la forza per metro quadro.

Anche per quanto riguarda la neve la forza per metro quadro, ossia la pressione, alla quale resistono i pannelli, indicata dal costruttore, è un parametro fondamentale.

La pioggia è combattuta con l’incapsulamento delle celle fotovoltaiche negli strati di EVA e con una scatola di giunzione con grado IP adeguato: le migliori arrivano ad IP 68.

La grandine è quella che solitamente causa più problemi perché è, in Italia, il fenomeno più violento.

Definizioni utili
- Pannelli fotovoltaici (o più correttamente moduli fotovoltaici): elementi di forma normalmente rettangolare, riunenti più celle fotovoltaiche; sono organizzati in stringhe, ossia più moduli collegati in serie che formano una stringa. In un impianto c’è minimo una stringa, negli impianti residenziali, molto spesso ce ne sono due.
- Celle fotovoltaiche: Una cella solare o cella fotovoltaica è un dispositivo elettrico/elettronico a stato solido (semiconduttore) che converte l'energia della luce solare incidente in elettricità tramite l'effetto fotovoltaico. Si tratta di una tipologia di cellula fotoelettrica, le cui caratteristiche elettriche, cioè corrente, tensione e resistenza, possono variare quando è esposta alla luce (fonte Wikipedia).
- Staffe: elementi metallici da posizionare sotto tegola, in caso di tetto a falda, che viene ancorato tramite tasselli specifici per il materiale costituente il tetto in oggetto.
- Binari: profili, normalmente in alluminio, sopra i quali si posizionano i moduli fotovoltaici e che hanno una scanalatura per fissare i moduli tramite i morsetti.
- Morsetti: possono essere terminali, con una forma a Z, o centrali, con una forma ad Omega; sono dotati di un foro con un bullone e si agganciano al binario fissando allo stesso il pannello fotovoltaico.
- Wp: Watt di picco del modulo fotovoltaico, ossia i Watt nominali che il modulo può generare in certe condizioni specifiche indicate dalla normativa. Normalmente è il massimo che può produrre, salvo qualche Watt in più chiamato “tolleranza positiva” che spesso va da 0 a 5 W di maggiorazione rispetto alla potenza nominale.
- Pa: Pascal, sono un’unità di misura della pressione e corrispondono a N/m2 (Newton al metro quadro); 9.8 Newton sono circa 1 kg.

La grandine, come si crea e perchè

La grandine si manifesta principalmente nei periodi caldi perché il calore genera energia per far avvenire il processo di formazione della stessa, ossia quando forti correnti ascensionali spingono in alto le gocce d’acqua presenti nell’aria, all’interno di nubi chiamate cumulonembi, portandole in zone dove la temperatura è minore di zero, dove ghiacceranno.

Queste nubi hanno un’estensione verticale e raggiungono quote molto elevate, dove le temperature sono particolarmente basse e possono arrivare anche a -40 °C. Per formarsi la grandine ha necessità di pulviscolo, attorno al quale si accresce il chicco. Mentre la corrente ascensionale lo porta in alto, esso si accresce, aumenta il suo peso e, man mano, rallenta, finchè il vento non riesce più a sospingerlo verso l’alto, quindi inizia a ricadere, ma continua comunque ad accrescersi. A questo punto è soggetto alla forza di gravità e può iniziare la sua caduta anche da 10 km di altezza, quindi la velocità raggiunta sarà molto elevata in prossimità del suolo: può variare da 35 km/h per i chicchi piccoli, fino a 150 km/h per i più grandi (infatti, la velocità dipende da vari fattori tra cui la resistenza all’aria).

Ma la grandine è soggetta anche alle correnti discensionali che si trovano nel cumulonembo, a volte, come si è verificato in Lombardia verso fine luglio 2023, queste correnti sono eccezionalmente forti prendono il nome di “downburst”: sono fenomeni subtropicali che stanno diventando sempre più frequenti in Europa ed avvengono quando la corrente discensionale è talmente violenta da provocare prima uno schianto verticale dell’aria al suolo ed una successiva espansione della stessa in orizzontale parallelamente al terreno con raffiche fortissime e, purtroppo, si può accompagnare alla grandine che trascina con sé, moltiplicando il pericolo per le persone ed i danni a tetti, impianti fotovoltaici, alberi, ecc…

Sembra chiaro che la costituzione del pannello fotovoltaico non sarà in grado di reggere a queste sollecitazioni, ma nel caso di grandine più moderata, il pannello è in grado di difendersi.

Quali sono i parametri da considerare in un pannello fotovoltaico

Vediamo, in generale, cosa indica a riguardo una scheda tecnica tipica.

Alcuni valori che ho trovato sui moduli che ho utilizzato, sono una resistenza al vento di 2400 Pa ed una resistenza a carico neve di 5400 Pa, lo spessore del vetro soprastante da 3,2 mm, un dato importante. Molti produttori si attestano su uno spessore del vetro intorno a questo valore: 3,2 mm, ma ce ne sono alcuni che addirittura raggiungono i 5 mm di spessore.

La resistenza alla grandine viene solitamente indicata con la dimensione e la velocità dei chicchi, ad esempio, per alcuni pannelli da me usati, 35 mm di diametro del chicco e velocità di 95 km/h, ma valori tipici sono di 25 mm ad 80 km/h.

Le celle in silicio sono più resistenti di altre alla grandine.

E’ chiaro che, in caso di eventi di violenza eccezionale, nulla vi salverà, il vostro impianto presenterà sicuramente i danni tipici della grandine.

Come difendersi da eventi di grandine

Ci sono diversi modi, ma il primo che descriverò è di gran lunga il preferibile, anche se può essere accoppiato ad ulteriori metodi aggiuntivi: sto parlando di una classica assicurazione sull’impianto fotovoltaico che copra i danni atmosferici. Spesso si può estendere la propria assicurazione sulla casa, includendo espressamente in essa il fotovoltaico ed aggiungendo tutte le clausole necessarie.

E’ necessario leggere molto bene cosa l’assicurazione coprirà in caso di grandine, o evento atmosferico avverso, e da quando parte la copertura assicurativa.

Altri metodi, meno comuni, e con alcune controindicazioni, sono le reti antigrandine, un esempio è costituito da una rete di polietilene ad alta densità che ha una forte resistenza alla grandine, ma ha anche un costo che va valutato e, comunque, genera una perdita di luce trasmessa al modulo fotovoltaico, pur essendo particolarmente trasparente, che può andare in media dal 5 al 10% della produttività, dato che dovrà essere verificato sulla scheda tecnica del prodotto eventualmente scelto.

Come fare a ripristinare l’impianto?

La cosa più importante da fare è SPEGNERE TUTTO fino a verifica di personale esperto, perché i pannelli fotovoltaici, per infiltrazioni di acqua o altri motivi sono comunque soggetti anche ad incendio, quindi far spegnere l’impianto fotovoltaico immediatamente per non rischiare danni ulteriori. Anche se l’impianto sta ancora producendo, perché i moduli fotovoltaici, non si fermano, finchè la cella è in grado di farlo, produce sempre, anche se meno, e proprio questo costituisce grande pericolosità per persone e cose.

Non è complicato ripristinare l’impianto fotovoltaico, ma la procedura va attentamente seguita da personale esperto e da un ingegnere che si occupi di progettazione e di tutte le eventuali pratiche.

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