1. Attuale stato dell'industria fotovoltaica (energia solare)

1.1 Rapida crescita del mercato globale del fotovoltaico

Negli ultimi anni, l'industria fotovoltaica globale ha registrato una crescita esponenziale. Secondo i dati dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA), nel 2023 la nuova capacità installata globale di energia fotovoltaica ha superato i 350 GW, mentre la capacità installata cumulativa ha superato 1,5 TW. Paesi e regioni come Cina, Stati Uniti, Europa e India sono diventati i principali motori del mercato fotovoltaico.

- Cina: Essendo il più grande mercato solare fotovoltaico al mondo, la Cina ha aggiunto oltre 200 GW di capacità solare fotovoltaica nel 2023, pari a oltre il 57% della nuova capacità installata a livello globale. Il sostegno delle politiche governative, il progresso tecnologico e la riduzione dei costi sono i fattori chiave che guidano lo sviluppo dell'industria solare fotovoltaica in Cina.

- Europa: Colpita dal conflitto tra Russia e Ucraina, l'Europa ha accelerato la sua transizione energetica. Nel 2023, la nuova capacità installata di energia solare fotovoltaica ha superato i 60 GW, con una crescita significativa in paesi come Germania, Spagna e Paesi Bassi.

- Stati Uniti: Incoraggiato dall'Inflation Reduction Act (IRA), il mercato statunitense del fotovoltaico ha continuato a crescere, con una nuova capacità installata di circa 40 GW nel 2023.

- India: Il governo indiano promuove con vigore lo sviluppo delle energie rinnovabili. Nel 2023, la nuova capacità installata di energia solare fotovoltaica ha superato i 20 GW, con l'obiettivo di raggiungere i 500 GW di capacità installata di energia rinnovabile entro il 2030.

1.2Progressi continui nella tecnologia fotovoltaica

La continua innovazione nella tecnologia fotovoltaica ha portato a una maggiore efficienza e a una riduzione dei costi nella produzione di energia solare:

- Tecnologie per batterie ad alta efficienza come PERC, TOPCon e HJT: le celle PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) rimangono le più diffuse, ma le tecnologie TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) e HJT (Heterojunction) stanno gradualmente espandendo la loro quota di mercato grazie alla loro maggiore efficienza di conversione (>24%).

- Celle solari a perovskite: in quanto tecnologia fotovoltaica di nuova generazione, le celle a perovskite hanno raggiunto efficienze di laboratorio superiori al 33% e si prevede che saranno commercialmente valide in futuro.

- Moduli bifacciali e supporti di inseguimento solare: i moduli bifacciali possono aumentare la produzione di energia dal 10% al 20%, mentre i supporti di inseguimento solare ottimizzano l'angolo di incidenza della luce solare, migliorando ulteriormente l'efficienza del sistema.

1.3IL Il costo della produzione di energia fotovoltaica continua a diminuire

Nell'ultimo decennio, il costo della produzione di energia fotovoltaica è diminuito di oltre l'80%. Secondo l'IRENA (Agenzia Internazionale per le Energie Rinnovabili), il costo livellato globale dell'elettricità (LCOE) per l'energia fotovoltaica nel 2023 è sceso a 0,03-0,05 dollari USA per kWh, inferiore a quello della produzione di energia da carbone e gas naturale, rendendola una delle fonti energetiche più competitive.

1.4 Sviluppo coordinato dell'accumulo di energia e del fotovoltaico

A causa della natura intermittente della produzione di energia fotovoltaica, l'utilizzo combinato di sistemi di accumulo energetico (come batterie al litio, batterie agli ioni di sodio, batterie a flusso, ecc.) è diventato una tendenza. Nel 2023, la capacità installata di nuovi progetti globali fotovoltaici con accumulo energetico ha superato i 30 GW e si prevede che manterrà un elevato tasso di crescita nel prossimo decennio.

2. IL importanza dell'industria fotovoltaica

2.1 Affrontare il clima cambiamento e promozione degli obiettivi di neutralità carbonica

I paesi di tutto il mondo stanno accelerando la transizione energetica per ridurre le emissioni di gas serra. L'energia solare, in quanto componente fondamentale dell'energia pulita, svolge un ruolo cruciale nel raggiungimento dell'obiettivo della "neutralità carbonica". Secondo l'Accordo di Parigi, entro il 2030 la quota globale di energia rinnovabile dovrà superare il 40%, e l'energia solare diventerà una delle principali fonti energetiche.

2.2 Sicurezza e indipendenza energetica

Le fonti energetiche tradizionali (come petrolio e gas naturale) sono fortemente influenzate dalla geopolitica, mentre le risorse di energia solare sono ampiamente distribuite e possono ridurre la dipendenza dalle importazioni. Ad esempio, l'Europa ha ridotto la sua domanda di gas naturale russo grazie alla realizzazione di impianti fotovoltaici su larga scala, rafforzando così la propria autonomia energetica.

2.3 Promuovere la crescita economica e l'occupazione

La filiera dell'industria fotovoltaica comprende molteplici anelli, come materiali al silicio, wafer di silicio, batterie, moduli, inverter, staffe e sistemi di accumulo di energia, che hanno creato milioni di posti di lavoro in tutto il mondo. In Cina, il settore fotovoltaico impiega direttamente oltre 3 milioni di persone, e anche le industrie fotovoltaiche in Europa e negli Stati Uniti sono in rapida espansione.

2.4 Elettrificazione rurale e riduzione della povertà

Nei paesi in via di sviluppo, le microreti fotovoltaiche e gli impianti solari domestici forniscono elettricità alle aree remote e migliorano le condizioni di vita degli abitanti. Ad esempio, i "Sistemi Solari Domestici" in Africa hanno aiutato decine di milioni di persone a uscire dalla condizione di mancanza di elettricità.

3.La necessità di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) negli impianti fotovoltaici.

3.1 Rischi di fulmini e sovratensioni per gli impianti fotovoltaici

Gli impianti fotovoltaici vengono solitamente installati in aree aperte (come deserti, tetti e montagne) e sono altamente vulnerabili ai fulmini e alle sovratensioni. I principali rischi includono:

- Fulmine diretto: un fulmine che colpisce direttamente i moduli o i supporti fotovoltaici, causando danni alle apparecchiature.

- Fulmine indotto: l'impulso elettromagnetico del fulmine induce alte tensioni nei cavi, danneggiando dispositivi elettronici come inverter e regolatori.

- Fluttuazioni di rete: le sovratensioni operative sul lato rete (come ad esempio azionamenti degli interruttori, guasti da cortocircuito) possono essere trasmesse all'impianto fotovoltaico.

3.2 Funzione del dispositivo di protezione dalle sovratensioni (SPD)

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni sono le apparecchiature chiave per la protezione dai fulmini e dalle sovratensioni negli impianti fotovoltaici. Le loro funzioni principali includono:

- Limitazione delle sovratensioni transitorie: Controllo delle alte tensioni generate da fulmini o fluttuazioni di rete entro un intervallo di sicurezza.

- Scaricare le correnti di sovratensione: convogliare rapidamente le correnti eccessive nel terreno per proteggere le apparecchiature a valle.

- Miglioramento dell'affidabilità del sistema: riduzione dei guasti alle apparecchiature e dei tempi di inattività causati da fulmini o sovratensioni.

3.3 Applicazione degli SPD nei sistemi fotovoltaici

La protezione contro le sovratensioni per gli impianti fotovoltaici dovrebbe essere progettata su più livelli:

- Protezione sul lato CC (dai moduli fotovoltaici all'inverter):

- Installare un SPD di tipo II all'estremità di ingresso della stringa per prevenire fulmini indotti e sovratensioni operative.

- Installare un SPD di tipo I + II all'estremità di ingresso CC dell'inverter per far fronte alla minaccia combinata dei fulmini diretti e indotti.

- Protezione sul lato CA (dall'inverter alla rete):

- Installare un SPD di tipo II all'uscita dell'inverter per prevenire sovratensioni provenienti dalla rete.

- Installare un SPD di tipo III nel quadro elettrico per garantire una protezione precisa delle apparecchiature sensibili.

3.4 Punti chiave per la scelta dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni

- Corrispondenza del livello di tensione: la tensione operativa continua massima (Uc) del SPD deve essere superiore alla tensione di sistema (ad esempio, un sistema fotovoltaico a 1000 Vdc richiede un SPD con Uc ≥ 1200 V).

- Capacità di corrente: la corrente di scarica nominale (In) del SPD lato CC deve essere ≥ 20 kA e la corrente di scarica massima (Imax) deve essere ≥ 40 kA.

- Livello di protezione: l'installazione all'esterno deve soddisfare il grado di protezione IP65 o superiore, risultando adatta ad ambienti difficili.

- Standard di certificazione: Conforme a IEC 61643-31 (standard per SPD specifici per il fotovoltaico), UL 1449 e altre certificazioni internazionali.

3.5 Potenziali rischi derivanti dalla mancata installazione di SPD

- Danni alle apparecchiature: i dispositivi elettronici di precisione come gli inverter e i sistemi di monitoraggio sono vulnerabili agli impatti da sovratensione e i costi di riparazione sono elevati.

- Perdita di produzione di energia: i fulmini causano arresti del sistema, con conseguenti ripercussioni sui profitti derivanti dalla produzione di energia.

- Pericolo di incendio: la sovratensione può innescare incendi di origine elettrica, rappresentando una minaccia per la sicurezza della centrale elettrica.

4. Globale Tendenze del mercato dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni per impianti fotovoltaici

4.1 Crescita della domanda di mercato

Con il rapido aumento della capacità di installazione fotovoltaica, anche il mercato dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) si è espanso parallelamente. Si prevede che il mercato globale degli SPD per il fotovoltaico supererà i 2 miliardi di dollari entro il 2025, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 15%.

4.2 Direzione dell'innovazione tecnologica

- SPD intelligente: dotato di funzioni di monitoraggio della corrente e di allarme guasti, e supporta il funzionamento da remoto.

- Livelli di tensione più elevati: i dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) con tensioni nominali più elevate (come 1500 V) sono diventati lo standard.

- Maggiore durata: grazie all'utilizzo di nuovi materiali sensibili (come la tecnologia composita a base di ossido di zinco), i dispositivi di protezione individuale (SPD) risultano più resistenti.

4.3 Politica e promozione standard

- Gli standard internazionali come IEC 62305 (Norma per la protezione dai fulmini) e IEC 61643-31 (Norma per i dispositivi di protezione dalle sovratensioni fotovoltaiche) impongono che gli impianti fotovoltaici siano dotati di protezione contro le sovratensioni.

- Le "Specifiche tecniche per la protezione contro i fulmini delle centrali fotovoltaiche" (GB/T 32512-2016) in Cina stabiliscono chiaramente i requisiti di selezione e installazione dei dispositivi di protezione dai fulmini (SPD).

5.Conclusione: l'industria fotovoltaica non può fare a meno dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni.

Il rapido sviluppo dell'industria fotovoltaica ha dato un forte impulso alla transizione energetica globale. Tuttavia, i rischi legati ai fulmini e alle sovratensioni non possono essere ignorati. I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD), in quanto garanzia fondamentale per il funzionamento sicuro degli impianti fotovoltaici, possono ridurre efficacemente il rischio di danni alle apparecchiature, migliorare l'efficienza di generazione di energia e prolungare la durata del sistema. In futuro, con la continua crescita degli impianti fotovoltaici e lo sviluppo delle reti intelligenti (smart grid), i dispositivi SPD ad alte prestazioni e altamente affidabili diventeranno componenti essenziali delle centrali fotovoltaiche.

Per gli investitori nel settore fotovoltaico, le società EPC e i team di gestione e manutenzione, la scelta di dispositivi di protezione contro le sovratensioni di alta qualità, conformi agli standard internazionali, è fondamentale per garantire il funzionamento stabile a lungo termine della centrale elettrica e massimizzare il ritorno sull'investimento.