Cavo pannello solare: sezione, tipo e lunghezza giusta

Il cavo è il componente a cui nessuno pensa finché non serve allungarlo. Il microinverter deve stare in ombra, la presa è dall’altra parte del balcone, e la domanda diventa quanti metri si possono aggiungere senza pagarli in resa. Su un impianto da balcone la risposta sorprende, perché la tensione in gioco è dieci volte più bassa di quella di un impianto da tetto e questo cambia tutto il ragionamento.

Perché un cavo qualsiasi non va bene

Il lato in corrente continua di un impianto fotovoltaico è un ambiente ostile in un modo che le altre parti dell’impianto di casa non conoscono, e il cavo dedicato nasce esattamente da quelle condizioni.

La tensione c’è sempre. Un modulo produce ogni volta che riceve luce e non ha alcun interruttore a monte. Il cavo che esce dal pannello è in tensione anche mentre lavori, anche a impianto spento dal lato rete.

La corrente è continua. In corrente alternata la tensione passa per lo zero cento volte al secondo, e un eventuale arco elettrico si spegne da solo a ogni passaggio. In continua quel passaggio non c’è: un arco innescato continua a bruciare. È il motivo per cui l’isolamento sul lato continua è progettato con margini più larghi.

L’ambiente è esterno. Sole, raggi ultravioletti, gelo, pioggia, escursioni termiche fra i -10 e i +70 °C sulla superficie di un cavo nero al sole, per venticinque anni.

Il cavo che risponde a tutte e tre le condizioni è il solare unipolare H1Z2Z2-K, definito dalla norma CEI EN 50618 e dalla IEC 62930. Questi i dati che lo distinguono da un cavo per impianti civili:

L’ultima riga della tabella è quella che conta di più su un balcone. Modulo e microinverter sono apparecchi di classe II, cioè a doppio isolamento e senza masse da collegare a terra, e il cavo che li unisce deve avere la stessa filosofia costruttiva. Un cavo unipolare con isolante e guaina separati, entrambi reticolati, offre due barriere indipendenti. Un cavo per impianti civili ne ha una sola, e all’aperto la perde per primo.

Cosa deve esserci stampigliato sopra

Il cavo solare porta la marcatura ogni pochi centimetri, e leggerla richiede dieci secondi. Ecco un esempio reale di quello che si trova su un cavo Prysmian:

PRYSMIAN PRYSOLAR H1Z2Z2-K 1x4 mm² 1,5/1,5 (1,8) kV DC 62930 IEC 131 HALOGEN FREE LOW SMOKE Eca + data di produzione + marcatura metrica

Gli elementi da cercare sono cinque:

1. H1Z2Z2-K, la sigla del tipo. Se manca, il cavo non è un solare a norma qualunque cosa dica l’annuncio;
2. la sezione in mm², che deve corrispondere a quella pagata;
3. la tensione in DC, 1,5 kV con massimo 1,8 kV;
4. il richiamo alla norma di prodotto, EN 50618 o IEC 62930;
5. la marcatura metrica, i numeri progressivi che indicano i metri e permettono di verificare la lunghezza di una bobina.

La classe di reazione al fuoco secondo il regolamento europeo sui prodotti da costruzione, Eca o Dca a seconda del costruttore, compare accanto. Sul cavo esterno di un balcone conta poco, sul tratto che eventualmente entra in casa comincia a contare.

Sul colore vale una convenzione, non una norma: i costruttori producono lo stesso cavo in nero e in rosso, e la prassi impiantistica usa il rosso per il polo positivo e il nero per il negativo. Sui cavi che escono dal modulo la polarità la stabilisce l’etichetta sulla scatola di giunzione, e in caso di dubbio si misura con un multimetro in continua.

Quanta corrente regge ogni sezione

Questa è la parte che spaventa e non dovrebbe. I valori di portata dei cavi H1Z2Z2-K sono riferiti a 60 °C di temperatura ambiente e a una temperatura massima del conduttore di 120 °C, quindi già in condizioni severe.

Sopra i 60 °C ambiente si applicano i fattori di riduzione: 0,92 a 70 °C, 0,84 a 80 °C, 0,75 a 90 °C. Il caso peggiore realistico su un balcone italiano, cavo nero al sole appoggiato a una superficie scura in luglio, resta comunque dentro il primo scalino.

Ora il confronto con la realtà di un impianto da balcone. Un modulo moderno da 440 W eroga una corrente di lavoro intorno ai 13,5 A e una corrente di cortocircuito di circa 14,5 A. Anche prendendo la riga peggiore della tabella, due cavi da 4 mm² che si toccano, restano 44 A contro 13,5 A: un margine di oltre tre volte.

La conclusione è netta e vale la pena tenerla a mente: su un impianto da balcone la portata non è mai il criterio di scelta della sezione. Lo è la lunghezza, per la ragione che segue.

La sezione la decide la lunghezza, e sul balcone pesa di più

Il conduttore ha una resistenza, e la corrente che lo attraversa produce su quella resistenza una caduta di tensione che si sottrae a quella utile. La formula per un circuito a due conduttori in rame è questa:

ΔV = (2 × L × I × ρ) ÷ S

dove L è la lunghezza di sola andata in metri, I la corrente in ampere, S la sezione in mm² e ρ la resistività del rame, 0,0175 Ω·mm²/m a 20 °C. Il fattore 2 tiene conto del fatto che la corrente percorre due conduttori, quello di andata e quello di ritorno.

Fin qui vale per qualunque impianto. Il punto che rende diverso il balcone arriva quando quella caduta si traduce in percentuale, perché la percentuale si calcola sulla tensione di lavoro:

Stessa corrente, stesso cavo, stessa caduta in volt. La differenza sta tutta nel denominatore: su una stringa da tetto quel volt e mezzo si perde dentro 400 V, sul balcone dentro 32. Ecco perché le regole empiriche nate sugli impianti da tetto, dove si progetta puntando a restare sotto l’1 %, sul balcone risultano irraggiungibili e vanno riviste con criterio.

Con un modulo da 13,5 A a 32 V di tensione di lavoro, la perdita per ogni metro di distanza vale:

Il modo giusto di leggere questa tabella è pratico. Su un kit da balcone montato come previsto, con il microinverter fissato dietro al modulo o alla staffa accanto, la distanza è di un metro o due e qualunque sezione va bene. Il conto serve nel momento in cui vuoi spostare il microinverter, per metterlo in ombra o per portarlo più vicino alla presa. In quel caso ogni metro costa, e la tabella dice quanto.

Quanto cavo serve davvero su un balcone

Vale la pena separare i due lati dell’impianto, perché si allungano in modo diverso e con conseguenze diverse.

Il lato continua, dal modulo al microinverter, è quello che paga la lunghezza secondo la tabella sopra. I moduli escono di fabbrica con cavi già terminati da circa 0,9 a 1,2 m per polo, quasi sempre in 4 mm². Se il microinverter sta dietro al modulo, non serve altro. Le prolunghe si comprano già confezionate con i connettori MC4 alle estremità, in lunghezze da 1, 2, 3, 5 e 10 m.

Il lato alternata, dal microinverter alla presa, si allunga quasi senza costo. La tensione qui è 230 V e la corrente di un impianto da 800 W arriva a circa 3,5 A: gli stessi metri che sul lato continua pesano il 3,7 % qui pesano una frazione di punto percentuale. È questa asimmetria a suggerire la regola pratica: tieni corto il lato continua e allunga il lato alternata.

Una nota sulla prolunga già confezionata rispetto a quella crimpata a mano. Le prolunghe di fabbrica sono testate e sigillate, e il collegamento MC4 lo fa una macchina. Crimpare in proprio richiede una pinza con matrici dedicate alle sezioni fotovoltaiche e la regola di non usare mai lo stagno, che con il calore rifluisce e allenta il contatto. Le insidie dell’accoppiamento sono raccolte nella guida al connettore MC4.

Il cavo verso la presa è un altro cavo

Sul lato in corrente alternata cambia tutto: tensione, tipo di cavo, connettori e regole.

Dal microinverter esce un cavo a tre conduttori, fase, neutro e conduttore di protezione giallo-verde, con sezione tipica di 1,5 mm² e una spina Schuko all’altro capo. Il collegamento sul lato apparecchio usa un connettore Betteri, e qui c’è una trappola nota: i modelli Hoymiles delle serie HM e MI usano il BC01, quelli della serie HMS usano il BC05, e i due non sono innestabili fra loro. Ordinare il cavo sbagliato è l’errore più comune di chi sostituisce un microinverter con un modello di serie diversa.

Il percorso di quel cavo dentro casa merita due attenzioni. La prima riguarda il conduttore di protezione, che sul balcone non nasce e arriva dalla spina: come corre e dove finisce lo abbiamo ricostruito nella guida sulla messa a terra del fotovoltaico. La seconda riguarda la presa, che secondo la CEI 64-8 all’articolo 551.7.2 deve stare su un circuito dedicato: le condizioni complete sono nella guida su come installare un fotovoltaico da balcone.

Come si posa, in sei regole

La posa è la parte che decide se il cavo arriva ai venticinque anni dichiarati oppure cede al quinto inverno.

1. Raggio di curvatura minimo 6 volte il diametro esterno, con riferimento alla EN 50565-1 tabella 3. Su un cavo da 4 mm² significa non scendere sotto i 3-4 cm di raggio. Una piega stretta stira l’isolante all’esterno della curva e lo comprime all’interno, e negli anni cede esattamente lì.
2. Fascette resistenti ai raggi ultravioletti, in nylon nero stabilizzato o meglio in acciaio inox con rivestimento. Le fascette bianche da interno diventano fragili in una stagione e la loro rottura lascia il cavo penzolante.
3. Nessun cavo appoggiato sul pavimento. Dopo ogni pioggia il balcone raccoglie acqua negli avvallamenti, e un cavo che ci resta in ammollo lavora fuori dalle condizioni per cui è qualificato, salvo le versioni con marcatura AD8 previste anche per la posa interrata.
4. Un’ansa di gocciolamento prima di ogni connettore e prima di ogni ingresso nel muro. Il cavo scende sotto il punto di innesto e poi risale, così l’acqua che cola lungo la guaina gocciola dal punto basso invece di entrare nel connettore.
5. Scarico di trazione su ogni tratta. Il vento muove i cavi liberi per anni, e il movimento si scarica sul punto meccanicamente più debole, cioè il connettore o la scatola di giunzione. Un fissaggio ogni 40-50 cm elimina il problema.
6. Nessuna schiacciatura sotto una finestra o una porta. È il modo più rapido di far entrare il cavo in casa e il più dannoso: l’anta comprime la guaina a ogni chiusura e in pochi mesi arriva all’isolante. Se il cavo deve entrare, va predisposto un passaggio con un tubo e la sigillatura, con l’ansa di gocciolamento all’esterno.

Gli errori che si ripetono più spesso

Cinque situazioni tornano con regolarità e sono tutte evitabili.

La prolunga fatta con cavo per impianti civili. Il pezzo di cavo avanzato da un lavoro in casa sembra identico. Non ha resistenza ai raggi UV, non ha il doppio isolamento e non è dimensionato per la tensione continua. Costa qualche euro in meno e vale una gestione a rischio dell’unico punto dell’impianto che è sempre in tensione.

La sezione ridotta sulla prolunga. Comprare una prolunga da 2,5 mm² per collegarla a un cavo da 4 mm² crea un collo di bottiglia proprio nel tratto più lungo, dove la perdita si accumula. La sezione della prolunga va scelta uguale o maggiore, mai minore.

Il connettore aperto lasciato sul balcone. Gli MC4 hanno grado IP65 e IP68 soltanto da accoppiati. Un ingresso libero del microinverter senza il suo cappuccio raccoglie acqua e si ossida in pochi mesi.

La matassa di cavo in eccesso arrotolata. Cinque metri avanzati e legati a spirale dietro al modulo formano una bobina che si scalda più del cavo disteso, e in più raccoglie acqua nel punto basso. Il cavo in eccesso va tagliato o disposto a serpentina larga.

L’aggiunta di cavo senza rifare il conto. È l’errore che questa guida vuole evitare in partenza: spostare il microinverter di sei metri per portarlo all’ombra sembra un miglioramento e, con 4 mm², costa già il 2,2 % di produzione. L’ombra sul microinverter conviene, però si ottiene meglio con una schermatura vicino al modulo che con sei metri di cavo. Su quanto pesa davvero l’ombra sulla resa, i numeri stanno nella guida sul pannello fotovoltaico in ombra.

Il verdetto

Sul lato in corrente continua serve un cavo solare H1Z2Z2-K secondo CEI EN 50618, sezione 4 mm², che è poi la stessa con cui i moduli arrivano già cablati. La portata non entra mai nella decisione: 4 mm² reggono 55 A in aria libera contro i 13-14 A che un modulo eroga davvero.

Il criterio che conta è la distanza fra modulo e microinverter, e su un impianto da balcone pesa dieci volte di più che su uno da tetto perché la tensione di lavoro è dieci volte più bassa. Con 4 mm² si perde circa lo 0,37 % per metro: fino a 5,4 metri si resta sotto il 2 %, oltre conviene passare a 6 mm² o ripensare la posizione degli apparecchi.

Dal microinverter alla presa vale la logica opposta. Lì la tensione è 230 V, la corrente 3,5 A e i metri quasi non si sentono: tieni corto il lato continua e allunga il lato alternata. Il resto lo fa la posa, con il raggio di curvatura di sei diametri, le fascette resistenti ai raggi UV, l’ansa di gocciolamento e il cavo mai a bagno sul pavimento. Se stai ancora componendo l’impianto, lo schema completo dei collegamenti sta nella guida allo schema di un impianto fotovoltaico da balcone.