Selezione degli inverter per le zone sismiche: valutazione dell’ancoraggio meccanico e della resistenza agli urti delle schede a circuito stampato interne.

Sfide strutturali degli impianti solari nelle zone sismiche

Le installazioni commerciali di energia solare e di accumulo energetico situate in zone sismiche attive devono affrontare gravi sfide meccaniche durante i terremoti. Quando si verifica un movimento del terreno, gli edifici e le strutture a terra oscillano violentemente, trasferendo accelerazioni rapide e forze meccaniche a tutti gli apparecchi elettrici ad essi collegati. Per gli addetti alla sicurezza e per gli ingegneri strutturali, la scelta degli inverter da impiegare in queste aree a rischio sismico richiede una valutazione che vada oltre le sole specifiche elettriche. Un inverter non progettato per resistere alle forze sismiche può staccarsi dai suoi supporti, causando danni ingenti alle proprietà, rischi di incendio dovuti a cavi ad alta tensione strappati e prolungate interruzioni dell’attività aziendale. Garantire la sopravvivenza fisica e meccanica di questi asset energetici critici rappresenta un elemento fondamentale nella progettazione di sistemi commerciali di alimentazione resilienti.

Valutazione dell’ancoraggio meccanico: calcoli strutturali e sistemi di fissaggio

La prima linea di difesa per un inverter in una zona sismica è il suo collegamento fisico alla struttura dell'edificio o alle fondazioni del terreno. Se l'ancoraggio cede, l'ingegneria interna diventa irrilevante. Gli ingegneri dei sistemi devono valutare diversi fattori nella progettazione del sistema di fissaggio:

• Fattori di accelerazione sismica (forza g): gli ingegneri devono calcolare l'accelerazione spettrale prevista all'altezza specifica di installazione. Un inverter montato sul tetto subirà forze significativamente maggiori rispetto a uno montato su una piastra di calcestruzzo a livello del suolo, poiché l'edificio agisce da amplificatore del movimento del terreno. Gli involucri devono essere certificati per resistere a queste forze multiassiali (in genere comprese tra 1,0 g e 2,5 g nelle zone sismiche attive).
• Calcoli relativi ai bulloni di ancoraggio: Le staffe di montaggio e i fissaggi devono essere dimensionati mediante calcoli strutturali precisi. Ciò comporta la determinazione delle forze di taglio e di trazione cui i fissaggi saranno sottoposti durante un terremoto. Devono essere utilizzati bulloni di ancoraggio in acciaio ad alta resistenza (ad esempio di classe 8.8 o in acciaio inossidabile), fissati alle strutture in calcestruzzo mediante ancoraggi chimici o meccanici approvati.
• Integrità strutturale dell'involucro: L'involucro dell'inverter deve possedere una rigidità strutturale sufficiente. Gli armadi in lamiera sottile possono deformarsi sotto carichi dinamici elevati, provocando lo strappo dei punti di fissaggio interni. Sono pertanto necessari involucri in acciaio pesante o alluminio rinforzato, dotati di controventatura interna, per mantenere la forma dell'armadio e proteggere i componenti interni.

Protezione del cuore dell'inverter: Smorzamento delle vibrazioni delle schede a circuito stampato (PCB) interne

Mentre l'ancoraggio esterno mantiene l'inverter fissato alla parete, l'elettronica interna deve resistere a vibrazioni e urti violenti. All'interno di un moderno inverter commerciale, i componenti più sensibili sono le schede a circuito stampato (PCB) e i moduli di potenza ad alta densità (ad esempio gli IGBT).

Un terremoto genera vibrazioni ad alta frequenza che si propagano attraverso l'armadio dell'inverter. Se queste vibrazioni raggiungono le PCB, possono causare una flessione delle schede stesse. Tale flessione esercita uno stress enorme sui giunti saldati, provocando microfessure che interrompono i collegamenti elettrici. Inoltre, i componenti pesanti montati sulla PCB (come condensatori di grandi dimensioni, induttori e dissipatori di calore) possono comportarsi come pendoli, staccandosi dalla scheda sotto elevate forze g.

Per prevenire guasti interni, gli ingegneri JYINS applicano avanzati standard di progettazione per la resistenza agli urti nei nostri inverter certificati per le scosse sismiche:

• Supporti di fissaggio smorzati: invece di avvitare direttamente le schede a circuito stampato (PCB) sul rigido telaio metallico, JYINS utilizza supporti specializzati in materiale elastomerico o gommoso. Questi supporti assorbono le vibrazioni ad alta frequenza e l’energia da urto, riducendo drasticamente l’accelerazione dinamica trasmessa all’elettronica delicata.
• Riempimento sottostante e adesivi strutturali: per i componenti elettronici pesanti, JYINS applica adesivi strutturali e resine di riempimento sottostante. Questo processo lega meccanicamente i componenti alla superficie della PCB su un’area più ampia, distribuendo le forze d’urto e proteggendo le singole connessioni saldate.
• Rivestimenti gel conformi: oltre alla protezione contro l’umidità, i rivestimenti gel conformi a base di silicone, spessi e applicati sulle schede a circuito stampato JYINS, offrono proprietà ammortizzanti che aiutano ad assorbire l’energia meccanica e a prevenire la risonanza dei componenti durante le sollecitazioni vibranti.

Casi di studio e norme di prova su tavola vibrante per l’elettronica di potenza

Come fanno gli acquirenti B2B a sapere se un inverter sopravviverà effettivamente a un terremoto? L’unica verifica affidabile è il test fisico condotto su un tavolo vibrante a più assi. Durante questi test, l’inverter viene fissato al tavolo e sottoposto ad accelerazioni simulate di terremoto che corrispondono o superano i profili sismici storici reali.

• Conformità ICC-ES AC156: questo è lo standard internazionale di riferimento per la qualificazione sismica di componenti non strutturali. Per ottenere la certificazione AC156, l’inverter deve rimanere fisicamente integro e funzionante dopo essere stato sottoposto a rigorosi test su tavolo vibrante a più assi.
• IEEE 693: questo standard si applica alle apparecchiature elettriche utilizzate nelle cabine elettriche, definendo criteri rigorosi per la progettazione e i test sismici. Gli inverter progettati per impianti solari su larga scala in zone sismiche devono rispettare questi elevati requisiti di resistenza.

JYINS ha investito ingenti risorse nei test fisici per la sua gamma di inverters per applicazioni gravose. I nostri modelli certificati per resistenza sismica sono pienamente conformi alle norme ICC-ES AC156 e IEEE 693. Durante i test, i nostri inverters hanno continuato a funzionare in modo impeccabile anche quando sottoposti a forze orizzontali e verticali superiori a 2,0 g, dimostrando l’efficacia del nostro design fisico e dei sistemi di smorzamento dei componenti.

Rischi ambientali successivi al terremoto: polvere, acqua e sollecitazione dei cavi

Nella valutazione delle installazioni in zone sismiche, gli ingegneri devono considerare anche le condizioni ambientali che si verificano immediatamente dopo un terremoto. I terremoti provocano spesso danni strutturali che generano rischi secondari, come tubazioni dell’acqua rotte, soffitti crollati che rilasciano densa polvere e spostamenti strutturali di grande entità che esercitano sollecitazioni fisiche sui cavi elettrici.

• Relaxamento dello sforzo sui cavi: per evitare che le strutture in movimento strappino i cavi dall'inverter, gli ingegneri devono progettare gli ingressi dei cavi con curve flessibili nei tubi di protezione. Queste curve forniscono gioco fisico, consentendo all'inverter e al tubo di protezione di muoversi in modo indipendente senza generare tensione sui terminali elettrici.
• Protezione contro l'ingresso di corpi solidi e liquidi (grado di protezione IP): dopo un terremoto sono comuni condizioni polverose e umide. Gli inverter JYINS certificati per resistenza sismica sono dotati di involucri con grado di protezione IP66 e guarnizioni in gomma sintetica ad alte prestazioni. Queste guarnizioni mantengono la tenuta anche dopo che l'involucro ha subito deformazioni meccaniche, impedendo l'ingresso di acqua e polvere che potrebbe causare guasti elettrici secondari.

Ingegneria antisismica JYINS: progettata per resistere

JYINS è impegnata nella produzione di apparecchiature per la conversione di energia su cui gli operatori B2B possono fare affidamento anche nelle situazioni più difficili. I nostri inverter certificati per resistenza sismica sono progettati fin dall'inizio per garantire la massima resilienza fisica ed elettrica.

Integrando gli inverter JYINS con un solido ancoraggio meccanico e una resistenza avanzata agli urti della scheda a circuito stampato (PCB) nel vostro progetto, scegliete un sistema progettato per resistere ai peggiori disastri naturali. Il nostro team di ingegneri collabora strettamente con ingegneri strutturali ed elettrici B2B per fornire disegni completi dei layout di fissaggio, specifiche relative ai bulloni di ancoraggio e documentazione di certificazione sismica, garantendo un’installazione energetica sicura, stabile e conforme alle normative, che resisterà con forza quando più conta.