Il termine elettrificazione fa riferimento al processo di sostituzione delle tecnologie basate sui combustibili di origine fossile, come carbone, petrolio e gas naturale. L’accordo di Parigi, così chiamato perché è stato firmato dalle nazioni durante la conferenza COP21 svoltasi a Parigi nel 2015, è un trattato internazionale giuridicamente vincolante sui cambiamenti climatici. Adottato da 196 stati firmatari, ha accelerato lo sviluppo di tecnologie in tutto il mondo per ridurre l’impatto dei gas serra sull’aumento della temperatura del pianeta. I recenti eventi geo-politici hanno ulteriormente accelerato la transizione, mentre i vari paesi cercano di migliorare la resilienza delle loro forniture energetiche. La transizione è molto rapida e mette di fronte le società di ingegneria e tecnologia di tutto il mondo a molte sfide e opportunità da cogliere.
La tecnologia necessaria per generare energia solare ed eolica esiste da molti anni. Tuttavia, è solo nell’ultimo decennio che si è avuta una crescita significativa nella produzione di energia da fonti rinnovabili in tutta Europa. Solar Power Europe ha riportato nel suo recente rapporto annuale che il numero di impianti solari in tutta Europa è aumentato di un terzo nel 2021, arrivando a quasi 26 Gigawatt (GW) di capacità installata. La crescita dell’energia eolica in Europa supera di gran lunga quella del solare e secondo Wind Europe si prevede che si espanderà di ulteriori 105 GW nel corso dei prossimi cinque anni.
Attualmente circolano circa 20 milioni di veicoli elettrici a livello globale, secondo quanto riportato dall’Annual Electrical Vehicle Outlook 2022 di Bloomberg. Visto l’aumento dei prezzi del carburante e le nuove normative penalizzanti per le fonti di energia di origine fossile introdotte in molti paesi, l’adozione di veicoli elettrici come alternativa ai veicoli tradizionali dovrebbe crescere drasticamente. Bloomberg stima che la quota dei veicoli elettrici sui nuovi veicoli immatricolati crescerà fino ad arrivare tra il 40 e il 50% nel Regno Unito, in Francia e in Germania entro il 2025.
Le stazioni di ricarica (colonnine o wallbox) sono fondamentali per ridurre i tempi di ricarica dei veicoli. Un tipico veicolo compatto può impiegare tra le 24 e le 36 ore per ricaricarsi da una presa domestica. Invece, una colonnina eroga un’alimentazione monofase o trifase con una tensione di rete a 230 V o 400 V, in futuro anche a 800 V, caricando i veicoli elettrici molto più velocemente.
La transizione dalla produzione di energia elettrica mediante combustibili fossili alle fonti rinnovabili non programmabili ha introdotto nuove sfide per il bilanciamento in tempo reale dell’offerta e della domanda. Tradizionalmente, i grandi impianti centralizzati di generazione di energia alimentati a carbone e petrolio, così come le centrali nucleari, hanno potuto essere utilizzati per soddisfare la domanda di base di una nazione, mentre le centrali elettriche a gas o idroelettriche, che sono veloci da avviare, possono essere utilizzate per soddisfare i picchi della domanda. Anche gli impianti eolici possono soddisfare la richiesta di generazione su larga scala.
Tuttavia, la natura intermittente dell’eolico e del solare, la seconda e la terza più grande fonte di energia rinnovabile dopo l’idroelettrico, li rende particolarmente problematici da gestire nel sistema di rete nella sua forma attuale. La crescita della mobilità elettrica rappresenta una sfida simile per la produzione di elettricità, viste le abitudini degli utenti che suggeriscono, già ora, che un picco di domanda potrà essere raggiunto intorno alle ore 18:00 quando la popolazione collegherà contemporaneamente il proprio veicolo elettrico nella presa per la ricarica. Gli impianti di generazione distribuita da fonti rinnovabili sono in crescita e il loro successo è trainato dalla tendenza all’elettrificazione della nostra società.
Gli impianti di generazione solare su piccola scala per uso comunitario e le apparecchiature di accumulo locale dell’energia (storage), in genere tramite batterie a base di litio, vengono utilizzati per sfruttare al meglio le fonti di energia intermittenti. Per gestire i nuovi profili di offerta e domanda di energia, vengono sviluppati sistemi di controllo e software che aiutano gli utenti finali a sfruttare più efficientemente le proprie risorse energetiche.
La forma di gran lunga più comune per raccogliere energia dal sole è l’utilizzo di pannelli fotovoltaici, che trasformano l’energia dei fotoni dei raggi solari per colpire gli elettroni negli atomi delle celle solari e creare un flusso di elettricità.
La crescita dinamica del fotovoltaico per la produzione di energia elettrica sta creando una domanda sempre maggiore di tecnici qualificati in grado di gestire, mantenere e risolvere i problemi degli impianti fotovoltaici in modo efficiente ed efficace, oltre che di garantire il funzionamento sicuro del sistema. Chi si occupa di ricerca guasti durante l’installazione e manutenzione di pannelli solari ha talvolta le stesse competenze e qualifiche di chi si occupa di colonnine di ricarica. In alcuni casi, dove i pannelli solari sono collegati direttamente a una colonnina di ricarica, la stessa persona potrebbe occuparsi di verificare e collaudare entrambi.
Le colonnine di ricarica sono fondamentali per ridurre i tempi di ricarica dei veicoli e costituiscono un’infrastruttura fondamentale per la diffusione dei veicoli elettrici. Una colonnina di ricarica eroga una tensione di alimentazione monofase o trifase a 230 V o 400 V con una potenza che permette di ricaricare i veicoli elettrici molto velocemente. La presenza di tensioni elevate, tuttavia, rappresenta una sfida per garantire la protezione e la totale sicurezza degli utenti.
I test sulle colonnine devono essere eseguiti a intervalli regolari per garantire la sicurezza e l’efficienza del sistema elettrico, affinché sia sempre confermato il loro utilizzo sicuro da parte dei proprietari dei veicoli elettrici. Esistono in tal senso norme di sicurezza locali, standard internazionali ed altri europei, tra cui le norme IEC/HD 60364-6, IEC/HD 60364-7-722 e IEC/EN 61851-1, a cui l’installatore e il collaudatore devono attenersi.
Mentre la transizione verso le energie rinnovabili accelera, è anche fondamentale che gli installatori e i manutentori abbiano accesso alla corretta formazione e strumentazione necessaria per mettere in opera e collegare rapidamente gli impianti fotovoltaici e farli funzionare al massimo delle prestazioni.
Un impianto fotovoltaico trasforma l’energia della radiazione solare in elettricità, tuttavia l’energia prodotta è ancora “instabile”, poiché varia al variare dell’intensità del sole e può quindi causare problemi di sicurezza. Un inverter converte la corrente continua generata dal pannello in corrente alternata destinata alla rete elettrica, ma una tensione in alternata ancora non stabilizzata può causare vari problemi legati alla qualità dell’alimentazione.
La scarsa qualità dell’energia può causare ogni tipo di problema in diverse tipologie di apparecchiature elettriche, come quelle per illuminazione, i sistemi informatici e i sistemi di azionamento dei motori. Le armoniche possono causare problemi nei componenti dell’infrastruttura, come conduttori e trasformatori, mentre i fenomeni transitori, sotto forma di improvvisi picchi di tensione, possono causare guasti ad apparecchiature elettroniche sensibili. I test sulla qualità dell’alimentazione spesso richiedono ai tecnici di raccogliere dati per un lungo periodo di tempo e quindi di analizzare i risultati. Anche per questo c’è stato un aumento della domanda di strumenti palmari di alta precisione in grado di misurare i parametri dei sistemi fotovoltaici, in particolare per installazioni commerciali, industriali e su larga scala (solar farm).
Il miglioramento della sicurezza per gli operatori di questo settore sta favorendo l’utilizzo di specifici tester innovativi pensati per l’installazione e l’ispezione periodica degli impianti fotovoltaici, per valutare sia le prestazioni che la sicurezza. I test sono progettati per garantire che i sistemi funzionino alla loro potenza ottimale e in totale sicurezza, secondo le specifiche dello standard IEC 62446-1.
Per eseguire misurazioni precise della curva I-V, sono necessari dati di irraggiamento e temperatura in tempo reale. La connettività wireless per acquisire e comunicare questi dati in tempo reale, fornendo le misurazioni della curva I-V più accurate, è un’innovazione molto apprezzata. L’elettrificazione ha anche aumentato l’utilizzo della corrente continua ad alta tensione in applicazioni come pannelli solari, energia eolica, ferrovie elettriche, data center e batterie per gruppi di continuità (UPS). Ha anche trainato l’aumento della domanda di strumenti di misura e collaudo progettati specificamente per soddisfare le esigenze dei tecnici che lavorano su impianti in continua fino a 1500 V, oltre che di garantire la loro sicurezza.
Visto l’obiettivo di ridurre significativamente le emissioni in atmosfera di gas serra entro il 2030, sarà la disponibilità di un’infrastruttura di ricarica e di capacità di generazione solare ed eolica a trainare l’adozione e la diffusione della mobilità elettrica.
Fluke ha maturato una lunga esperienza nel settore elettrico e da sempre si impegna per soddisfare e superare i requisiti di sicurezza, sia nell’ambito dei propri prodotti che nel campo della formazione. Con obiettivi così ambiziosi, è anche necessario che l’industria lavori collaborando per imparare gli uni dagli altri e comprendere quali nuovi strumenti di misura siano necessari per favorire la transizione energetica in modo sicuro ed efficace.
A cura di Zwannieta Speelman, Sales Program Manager di Fluke Corporation
