Inverter fotovoltaico fa rumore: cause e cosa fare

La prima estate con il kit sul balcone passa liscia. Poi arriva un mattino di ottobre in cui, con la finestra socchiusa, senti un fischio sottile che viene dalla ringhiera, dura mezz’ora e sparisce. Dentro un inverter ci sono almeno quattro sorgenti di suono diverse, ognuna con la sua frequenza e la sua causa, e distinguerle serve a capire in due minuti se stai ascoltando la fisica dell’apparecchio o un guasto che sta iniziando.

Quanto rumore fa davvero un inverter da balcone

Prima delle cause conviene fissare l’ordine di grandezza, perché il ricordo di un inverter industriale che ronza in un capannone porta fuori strada. Un microinverter da balcone è un apparecchio da 800 watt di picco, chiuso in un guscio di alluminio, senza parti in movimento.

I costruttori non sono obbligati a dichiarare la rumorosità e infatti quasi nessuno lo fa. Chi la pubblica dà questi numeri:

Venti decibel corrispondono al fruscio di un respiro a un metro di distanza, trenta al silenzio di una camera da letto di notte. Sono livelli che a due metri di distanza spariscono dentro il rumore di fondo di qualunque città italiana. Se dal tuo balcone senti l’inverter stando in piedi accanto alla ringhiera, il problema quasi mai sta nell’elettronica.

Il ronzio grave: perché sono sempre 100 hertz

Il suono più basso e più costante nasce nelle induttanze e nei trasformatori. Dentro quei componenti un avvolgimento di rame circonda un nucleo di materiale ferromagnetico, e ogni volta che la corrente cambia verso il campo magnetico cambia con lei.

Il materiale del nucleo reagisce al campo deformandosi leggermente, un fenomeno che si chiama magnetostrizione. La deformazione è dell’ordine di qualche milionesimo della dimensione del pezzo, quindi invisibile, e si ripete a ogni ciclo del campo. Qui sta il dettaglio che spiega la frequenza: il nucleo si contrae sia quando il campo punta in un verso sia quando punta nell’altro, perché la deformazione dipende dall’intensità e non dal segno. Su una rete a 50 hertz il pezzo si deforma quindi cento volte al secondo, e cento hertz è una nota grave, appena sopra il sol più basso di un contrabbasso.

Questo ronzio appartiene al principio di funzionamento, e i costruttori possono soltanto contenerlo. Lo fanno impregnando gli avvolgimenti con resina, incollando i lamierini del nucleo fra loro e scegliendo materiali a bassa magnetostrizione. Un inverter nuovo che ronza appena da vicino sta lavorando come previsto. Un inverter che dopo cinque anni ronza molto più di prima ha probabilmente un’impregnazione che ha ceduto, e a quel punto il rumore fa da sintomo di un invecchiamento in corso.

Il fischio acuto: i condensatori che cantano

Il suono che porta più persone a cercare informazioni è l’altro, quello sottile e fastidioso in cima alla scala. Arriva dai condensatori ceramici multistrato, gli MLCC, che in un inverter moderno si contano a decine.

La ceramica di classe II usata in quei componenti è piezoelettrica: applicandole una tensione si deforma, e la deformazione segue le variazioni della tensione. Un condensatore da qualche millimetro che vibra sposta pochissima aria e da solo non si sentirebbe. Il problema è che vibra saldato su una piastra a circuito stampato, e la piastra ha una superficie mille volte più grande. La vibrazione passa attraverso le saldature e mette in movimento tutto il circuito stampato, che a quel punto si comporta esattamente come la membrana di un altoparlante.

Perché fischia all’alba e tace a mezzogiorno

Questa è la parte che sorprende chi ascolta il proprio impianto, e ha una spiegazione precisa.

In condizioni normali i transistor di un inverter commutano a una frequenza scelta sopra i 20 kilohertz, proprio per stare fuori dalla banda udibile dall’orecchio umano, che si ferma lì. A pieno sole quindi il condensatore vibra a una frequenza che non senti.

Quando la potenza in ingresso crolla, l’elettronica cambia strategia. Continuare a commutare a piena frequenza con pochi watt da convertire significherebbe spendere in perdite di commutazione una fetta enorme di quel poco che arriva dai moduli. I convertitori passano allora a un funzionamento a raffiche: accendono per un gruppo di impulsi, poi si fermano, poi ricominciano. La frequenza dei singoli impulsi resta altissima, ma il ritmo con cui si ripetono le raffiche è molto più lento, e cade in pieno dentro la banda udibile, tipicamente fra uno e otto kilohertz.

Da qui la firma acustica tipica di un impianto da balcone:

Un fischio che segue questo schema è comportamento normale. Un fischio costante anche a mezzogiorno con il modulo in piena luce merita invece un controllo, perché significa che l’apparecchio lavora a bassa potenza quando non dovrebbe: modulo in ombra, connettore in cattivo stato, ingresso guasto. La scheda tecnica del modulo dice quale corrente dovresti vedere, e l’app dell’inverter dice quale corrente vede lui.

Il clic secco è il relè, e ha un orario preciso

Il terzo suono è impulsivo, secco, e in genere si sente due volte al giorno. È il relè della protezione di interfaccia, il contatto meccanico che collega fisicamente l’inverter alla rete di casa.

In Italia quel dispositivo lo impone la norma CEI 0-21, che chiede a ogni generatore collegato alla bassa tensione di staccarsi quando tensione e frequenza escono dai limiti previsti. La stessa norma stabilisce che il rientro non sia immediato. Per gli impianti sotto gli 800 W è previsto un intervallo di frequenza fisso fra 49,90 e 50,10 hertz, e la frequenza deve restare dentro quella finestra per 300 secondi consecutivi prima che l’apparecchio chiuda il contatto. Dopo un intervento della protezione per un guasto di rete l’attesa prevista è ancora di 300 secondi.

La traduzione pratica è semplice:

• un clic al mattino, cinque minuti dopo che i moduli hanno iniziato a produrre, è la connessione quotidiana;
• un clic alla sera è la disconnessione quando la potenza scende sotto la soglia di avvio;
• molti clic durante il giorno dicono che la tensione o la frequenza della tua rete escono spesso dalla finestra ammessa, e questo è un dato sulla rete, non sull’inverter.

Il terzo caso vale la pena osservarlo. Una tensione di rete alta è comune nei tratti finali di linea e diventa più alta quando tu stesso immetti corrente. Se l’app mostra ripetuti distacchi per sovratensione, l’interlocutore è il distributore, e la registrazione dell’app è la prova da mostrare.

La ventola, il rumore che sul balcone non dovrebbe esserci

Un soffio continuo ha una sola causa possibile, ed è una ventola. Il punto è che un microinverter da balcone la ventola non ce l’ha.

Ottocento watt di potenza convertita con un rendimento intorno al 96 % producono circa trenta watt di calore, che un involucro di alluminio alettato smaltisce per convezione naturale senza fatica. Hoymiles dichiara per l’HMS-800W-2T un funzionamento da -40 a 65 °C proprio grazie all’assenza di parti in movimento, che è anche il motivo per cui questi apparecchi arrivano a grado IP67 e possono stare sotto la pioggia.

Se senti un soffio, la sorgente è quasi sempre un’altra:

• un accumulo da balcone di taglia grande, dove il convertitore lavora su qualche kilowatt e in alcuni modelli il raffreddamento diventa attivo;
• un inverter di stringa dell’impianto sul tetto del condominio, che a parità di potenza sta due ordini di grandezza sopra;
• un apparecchio che con il fotovoltaico non c’entra, dalla pompa di calore al frigorifero del vicino.

Vale la pena escludere le altre sorgenti prima di prendersela con il kit, e il modo più rapido è staccare la spina per un minuto e ascoltare se il suono cambia.

La ringhiera amplifica: il rumore che passa per i solidi

Qui sta la causa più frequente in assoluto dei reclami, e curiosamente non riguarda l’inverter.

Un microinverter fissato con due viti alla staffa, e la staffa serrata a un montante di ringhiera in acciaio, forma una catena rigida. Le vibrazioni a 100 hertz che dentro l’apparecchio muovono l’aria di un soffio, attraverso quella catena arrivano al parapetto metallico, che è una lamiera sottile, larga qualche metro quadro e libera di flettere. Il parapetto diventa una membrana molto più efficiente della piastra del circuito, e converte in suono udibile una vibrazione che nell’aria non si sarebbe sentita.

Il fenomeno ha tre indizi tipici che lo distinguono da un difetto elettronico:

1. il suono si sente appoggiando la mano sulla ringhiera a metri di distanza dall’inverter;
2. cambia se carichi il parapetto con il peso del corpo, perché cambia la frequenza di risonanza;
3. si sente più forte in casa che sul balcone, perché il muro trasmette la vibrazione mentre l’aria no.

Gli interventi che funzionano sono meccanici e costano pochi euro. Quattro rondelle in gomma o EPDM fra la staffa e il montante interrompono la catena rigida. Portare il fissaggio da due punti a quattro alza la frequenza propria del sistema e riduce l’ampiezza. Spostare il microinverter dal parapetto alla parete in muratura o dietro al modulo, dove il telaio in alluminio fa da massa smorzante, risolve nella maggior parte dei casi. Un serraggio a coppia moderata sulle staffe è preferibile a un serraggio spinto, che rende il collegamento più rigido e trasmette meglio. Le soluzioni di fissaggio disponibili e i loro punti di appoggio sono nella guida alle staffe per il fotovoltaico da balcone.

I tre rumori che sono un segnale di guasto

Fin qui il repertorio normale. Tre suoni vanno invece trattati come un allarme, e in due casi la reazione corretta è staccare.

Il crepitio irregolare, simile a una frittura o a un tessuto strappato a strappi, indica un arco elettrico. Nasce su un contatto ossidato o allentato, molto spesso in un connettore MC4 accoppiato male o rimasto aperto e poi richiuso bagnato. In corrente continua un arco non si estingue da solo, perché la tensione non passa mai per lo zero come fa quella alternata: continua a bruciare finché c’è tensione e materiale da consumare. Alla temperatura che raggiunge, la plastica del guscio prende fuoco. Si stacca prima il lato alternata, cioè la spina, e solo dopo si aprono i connettori in continua con l’apposita chiavetta, mai a impianto in produzione. Come riconoscere un contatto che sta cedendo lo abbiamo raccolto nella guida al connettore MC4.

Il ronzio che sale di colpo e resta alto, spesso più basso di tono del normale, indica una saturazione del nucleo magnetico o un componente del filtro che ha perso valore. Non è pericoloso nell’immediato quanto un arco, però l’apparecchio sta lavorando fuori progetto e il rendimento scende con lui.

Il ticchettio continuo del relè, molti scatti al minuto invece dei due al giorno, dice che la protezione di interfaccia si aggancia e si stacca in sequenza. Ogni ciclo consuma i contatti, e i contatti sono il pezzo che tiene l’apparecchio collegato alla rete. La causa sta quasi sempre nella tensione di rete al limite superiore, e il primo passo è leggere nell’app quale soglia fa scattare la protezione.

Un quarto rumore merita una nota a parte perché confonde: uno sfrigolio leggero e regolare subito dopo un temporale, che dura qualche minuto e non torna, è in genere acqua che evapora dalle alette calde. Se torna sempre, allora c’è acqua dove non dovrebbe esserci.

Cosa fare, in ordine di efficacia

L’ordine conta, perché la sequenza sbagliata porta a sostituire un apparecchio sano.

1. Localizza la sorgente con la mano. Appoggia il palmo sull’involucro dell’inverter, poi sulla staffa, poi sul montante della ringhiera. Se la vibrazione è più forte sul metallo che sull’apparecchio, hai un problema di trasmissione e non di elettronica.
2. Annota l’orario e il meteo. Un fischio solo all’alba e al tramonto è il funzionamento a raffiche. Un fischio a mezzogiorno con il sole pieno è un’anomalia da indagare.
3. Guarda l’app prima di toccare qualsiasi cosa. Potenza per ingresso, tensione di rete e numero di disconnessioni raccontano in trenta secondi se la rete è instabile o se un modulo produce meno del gemello.
4. Disaccoppia meccanicamente. Rondelle in gomma, quattro punti di fissaggio, coppia di serraggio moderata. È l’intervento con il rapporto migliore fra costo e risultato.
5. Cambia posizione. Dal parapetto alla parete, oppure dietro il modulo. Verifica prima che il nuovo punto rispetti la distanza dal muro indicata dal costruttore, perché il raffreddamento passivo ha bisogno di aria che circola.
6. Chiama chi ha installato se il suono è crepitio, ronzio anomalo o ticchettio del relè. Questi tre non si risolvono con la gomma.

Un intervento va escluso in partenza: chiudere l’inverter in una cassetta per attutire il suono. L’apparecchio smaltisce il calore per convezione naturale, e una cassetta senza ventilazione lo porta a ridurre la potenza per protezione termica, quando va bene. Il modo corretto di proteggerlo dal sole diretto è l’ombra, con l’aria che continua a passare.

Quando il rumore diventa una questione legale

Se il suono arriva a disturbare un vicino, in Italia il riferimento è duplice e conviene conoscerlo prima di discutere in assemblea.

L’articolo 844 del Codice civile regola le immissioni fra proprietà e usa il criterio della normale tollerabilità, valutata anche in base alla condizione dei luoghi. Non fissa una soglia numerica, e la giurisprudenza ha spesso adottato come indice il superamento del rumore di fondo di 3 decibel. È il criterio che si applica nei rapporti fra condomini.

Il DPCM del 14 novembre 1997 fissa invece il criterio differenziale dentro gli ambienti abitativi: la differenza fra rumore con e senza la sorgente non deve superare 5 dB di giorno e 3 dB di notte. Lo stesso decreto dichiara il criterio non applicabile quando il rumore è talmente basso da essere trascurabile, e cioè quando a finestre aperte resta sotto i 50 dB(A) diurni e i 40 dB(A) notturni.

Confronta quei numeri con i venti o trenta decibel dichiarati dai costruttori, misurati a breve distanza dall’apparecchio: un microinverter integro non arriva neanche vicino alla soglia. Un impianto che genera una contestazione fondata ha quasi sempre un problema meccanico da risolvere, e risolverlo costa meno di qualunque discussione. Le regole che valgono per il fissaggio sulle parti comuni stanno nella guida al fotovoltaico da balcone in condominio.

Il verdetto

Un inverter da balcone che ronza appena, fischia all’alba e fa due clic al giorno sta funzionando esattamente come è stato progettato: cento hertz dalle induttanze, funzionamento a raffiche a bassa potenza, relè della protezione di interfaccia che rispetta i 300 secondi della CEI 0-21. Nessuno di questi tre suoni giustifica una sostituzione.

Il rumore che davvero dà fastidio nasce quasi sempre fuori dall’apparecchio, nel punto in cui la staffa tocca il metallo della ringhiera, e si risolve con quattro rondelle di gomma da pochi euro. Restano tre suoni da non ignorare: crepitio, ronzio che sale di colpo, relè che ticchetta in continuazione. Davanti a questi si stacca prima la spina e poi si chiama l’installatore. Se stai ancora scegliendo l’apparecchio, i criteri che contano davvero sono raccolti nella guida all’inverter fotovoltaico, dove il raffreddamento passivo compare fra i requisiti di un buon microinverter da balcone.