Pannelli fotovoltaici: cause di incendio e rischi in fase di estinzione.

Nel corso del 2016, in Italia, sono stati registrati 375 interventi dei Vigili del Fuoco per spegnere incendi che hanno coinvolto moduli fotovoltaici. Considerando l’aumento esponenziale delle installazioni di questa tecnologia che subisce un processo di deterioramento delle proprietà termo-fisiche dei materiali che lo compongono all’aumentare del tempo di esposizione alla luce solare, è necessario prendere in esame le cause e le conseguenze di un possibile incendio che coinvolge i moduli PV. La comunità tecnico-scientifica ha iniziato ad interessarsi al problema, e i primi studi condotti hanno evidenziato delle c
arenze dal punto di vista della sua classificazione.

Cause

Esistono molteplici cause che possono generare un incendio su un pannello PV, sebbene, statisticamente risulta un evento raro. Lo scenario può essere legato ad incendi con origine di causa esterna all’installazione fotovoltaica dove la presenza dei pannelli contribuisce alla rapida propagazione delle fiamme, ma nonostante ciò un surriscaldamento prolungato può essere sufficiente per fare da innesco all’incendio. Vengono quindi indagate le possibili cause di innesco del pannello.

• L’esposizione continua del modulo ai raggi ultravioletti delle radiazioni solari deteriora la resina di protezione delle celle fotovoltaiche, le quali rilasciano degli agenti ossidanti che ne distruggono i contatti metallici. Da qui possono insorgere cortocircuiti e surriscaldamento per effetto Joule.
• La scorretta installazione dei moduli può provocare un surriscaldamento anormale dovuto alla difficoltà dell’impianto di raffreddarsi attraverso il sistema di ventilazione, ogni fotone con lunghezza d’onda inferiore a 1.1 micrometri che colpisce la cella, fornisce un’energia superiore rispetto all’energy gap richiesto dall’elettrone per svincolarsi dall’atomo. Tale eccesso di energia si traduce in calore che riscalda la cella, per questo è assolutamente necessario progettare un corretto impianto di ventilazione.
• La parziale ombreggiatura del pannello è causa di un dislivello di tensione. Se due stringhe parallele di celle non sono soggette alla stessa tensione ai capi, la corrente inversa che si genera provoca un surriscaldamento localizzato chiamato hot spot.
• L’invecchiamento dei materiali è catalizzatore di tutte le cause sopracitate. Ciò trova riscontro nella crescita lineare del numero di interventi col passare degli anni dei Vigili del Fuoco.
• Dato che il pannello è installato a ciclo aperto, è soggetto agli agenti atmosferici, tra i quali i fulmini. Non è quasi mai presente un sistema di prevenzione incendi per i fulmini perché è costituito da una gabbia metallica che circonda il modulo, seguendo lo stesso principio fisico della gabbia di Faraday. Sebbene si annulli il rischio che il fulmine colpisca il PV, essa diminuisce l’esposizione del pannello e quindi la sua produzione energetica.

Si deve tener conto anche della presenza dell’impianto elettrico per il funzionamento del modulo che comporta la considerazione di cause di innesco incendio aggiuntive, quali:

• progettazione e realizzazione non a regola d’arte dell’impianto. Per esempio sostegni dei moduli non conformi alla buona pratica;
• malfunzionamenti di componenti dell’impianto non propriamente facenti parte dei moduli, quali possono essere la scatola di giunzione del modulo, i quadri elettrici e le scatole di derivazione dell’impianto;
• formazione di archi elettrici, anche di dimensioni ridotte, all’interno del modulo.

Mentre l’unica causa di incendio esterna alla presenza dei pannelli o dell’impianto è quella dolosa.

Rischi durante la fase di estinzione

In questo caso risultano più importanti le conseguenze di incendio rispetto alle cause, per la reazione devastante del pannello, riscontrata anche nei test condotti in laboratorio. Per questo motivo si prendono in esame le procedure operative, gestionali e di classificazione del fenomeno per comprendere i rischi a cui, ad esempio, sono esposti i vigili del fuoco nell’atto die estinzione dell’incendio.

L’incendio che si sviluppa nel pannello è di classe E, ovvero riguardante le apparecchiature elettrice, ciò limita i prodotti estinguenti utilizzabili alla polvere e alla CO2, quest’ultimo meno efficace. Non può essere utilizzata l’acqua perché le sostanze conduttrici non sono adatte per tali apparecchiature.

Non esistono sistemi passivi di prevenzione antincendio specifici per i pannelli, ma sono comunque presenti quelli posti per gli altri elementi strutturali. Sistemi di soffocamento dell’incendio, come possono essere glie estintori, raramente hanno sede in prossimità dei pannelli. Il sistema di ventilazione presente, al contrario, può favorire l’afflusso di aria fresca alimentando la reazione di combustione.

I vigili del fuoco per operare sui moduli PV devono indossare particolari sistemi di protezione individuale, poiché il pannello risulta un accumulatore di tensione: prima di procedere con il soffocamento dell’incendio, il modulo viene scollegato dalla rete elettrica, ma l’effetto fotoelettrico non termina finché non è completamente messo in ombra, cosa difficile da eseguire se in fiamme. Ciò lo rende facilmente paragonabile alla faccia di un condensatore che continua ad accumulare carica sulla superficie, ostacolando il lavoro dei vigili del fuoco. Il mancato utilizzo di sistemi adeguati di protezione può facilitare un contatto e la conseguente elettrocuzione, passaggio di corrente nel corpo umano, con possibilità di:

• tetanizzazione, blocco parziale o totale della muscolatura;
• ustione della cute;
• fibrillazione ventricolare;
• asfissia.

L’entità di questi effetti non è prevedibile perché dipende dalla persona e da come la corrente attraversa il corpo, la situazione più grave si verifica se il flusso elettrico attraversa il torace, dove è presente il cuore, organo vitale che funziona tramite impulsi elettrici.

In condizioni normali, i materiali usati per gli impianti PV sono considerati non pericolosi; essi lo diventano in caso di esposizione ad incendio o esplosione del modulo. Infatti, in queste situazioni i pannelli PV possono rilasciare sostante chimiche tra cui il boro, il tellurio di cadmio, l’arseniuro di gallio ed il fosforo. Alcuni di tali prodotti sono noti perché possono comportare problemi di natura tossicologica o causare danni all’ambiente.