Come evitare che la tensione vagante nuocia al bestiame in stalle dotate di impianti fotovoltaici

La tensione vagante è una differenza di potenziale elettrico indesiderata presente nell’ambiente, che si riscontra spesso in prossimità di attrezzature o sistemi di messa a terra negli allevamenti da latte. Questo fenomeno è pericoloso per gli animali perché anche correnti elettriche accidentali di entità minima possono attraversare il terreno, le attrezzature metalliche o le fonti d’acqua presenti nella stalla ed essere captate dal corpo dell’animale.

Il bestiame, come le vacche da latte, è particolarmente sensibile perché sta spesso su pavimenti di cemento umidi. Ha poi ampie aree di contatto con le macchine per la mungitura, le ciotole per l’acqua o le stalle metalliche che sono frequentemente punto di arrivo di un percorso elettrico. Le vacche sono più sensibili di altri animali a causa della loro massa corporea. Essendo animali di grandi dimensioni, hanno spesso un contatto maggiore con le superfici conduttive, il che aumenta la probabilità che piccole differenze di tensione possano far passare corrente attraverso i loro corpi.

In presenza di tensione vagante, un animale può ricevere una scossa elettrica lieve ma ripetuta quando beve, mangia o viene munto. Ciò può causare dolore, stress e ansia, portando a cambiamenti comportamentali quali riduzione dell’alimentazione, rifiuto dell’acqua e riluttanza ad entrare nelle sale di mungitura. Nel tempo, questo stress può ridurre la produzione di latte, influire sulla crescita e aumentare il rischio di problemi di salute.

Incidente in una stalla

L’emittente svizzera RTS ha recentemente riferito che nel Cantone di Vaud sono morte circa 300 mucche; si sospetta che la causa sia da ricercarsi nella presenza di tensioni vaganti in una stalla in cui era stato installato un impianto fotovoltaico. Il servizio indica che il problema è probabilmente legato a impianti elettrici difettosi o mal progettati piuttosto che ai pannelli solari stessi. Il caso è stato ripreso anche dall’Unione Democratica di Centro (UDC), che ha presentato una mozione al Consiglio nazionale chiedendo una moratoria temporanea sull’installazione di pannelli solari sulle stalle.

“Finora, il fotovoltaico può essere escluso come causa in questo caso specifico”, ha dichiarato l’associazione svizzera del fotovoltaico Swissolar a pv magazine. “Le correnti vaganti possono verificarsi con tutte le installazioni elettriche, come le macchine per la mungitura. La causa deve essere analizzata ed eliminata in ogni singolo caso. Abbiamo sentito parlare di altri casi in Svizzera, nessuno dei quali grave quanto quello menzionato dalla RTS”.

Gli studi suggeriscono che un livello di corrente di circa 2 mA può talvolta innescare risposte comportamentali quali scatti, riluttanza a bere o la tendenza ad evitare specifiche aree di una stalla. Tuttavia, secondo il MSD Veterinary Manual, solo circa il 2% delle vacche mostra lievi reazioni comportamentali a questo livello, con una percentuale che sale a circa il 30% in caso di esposizione da 4 mA dal muso agli zoccoli, sebbene tali reazioni non si traducano necessariamente in effetti più ampi sulla salute o sulla produttività.

Il punto di vista del veterinario

“Non mi sono mai imbattuto in casi legati agli impianti solari”, ha dichiarato a pv magazine Ronald J. Erskine, autore della voce dedicata alla tensione parassita nel MSD Veterinary Manual. Erskine, professore presso la Facoltà di Medicina Veterinaria della Michigan State University, ha spiegato che i pannelli solari generano corrente continua, mentre le mucche sono particolarmente sensibili alla corrente alternata. “Installare un impianto solare non è più pericoloso che installare una nuova pompa per il latte o uno scaldabagno in una stalla. Bisogna solo assicurarsi che l’inverter, che trasforma la corrente continua in corrente alternata, sia cablato e messo a terra correttamente da un elettricista qualificato”, ha aggiunto.

Erskine, che rappresenta anche gli imputati nei casi di tensione vagante in qualità di testimone esperto, afferma che la reale incidenza del fenomeno è molto bassa. “La tensione vagante viene talvolta incolpata per problemi che in realtà potrebbero avere altre cause”, ha detto. “È importante condurre un’attenta diagnosi differenziale, essenzialmente un lavoro da detective, specialmente quando si ha a che fare con questioni complesse e multifattoriali come una minore produzione di latte o la zoppia”.

Tuttavia, ha comunque sottolineato che, sebbene rara, la tensione parassita esiste e in alcuni casi ha causato problemi al bestiame. “In base alla mia esperienza, nella maggior parte dei casi di tensione parassita, se le mucche sono esposte a livelli di tensione alternata superiori a 2 volt, spesso si riscontra un problema nell’impianto elettrico e nella messa a terra, in particolare nell’impianto idrico. Un’altra causa si riscontra nelle vecchie stalle ristrutturate, dove il pavimento non è stato adeguatamente messo a terra per evitare la tensione di passo”.

Nel 2021, uno studio sul campo condotto nei Paesi Bassi ha esaminato le segnalazioni relative a comportamenti di raggruppamento insoliti tra le vacche da latte olandesi, per i quali gli allevatori sospettavano spesso cause quali pannelli solari, linee ad alta tensione, sistemi di mungitura automatizzati o tensioni vaganti. Dopo aver confrontato 31 aziende agricole interessate con 62 aziende di controllo, i ricercatori hanno riscontrato associazioni tra tale comportamento e la presenza di stalle di recente costruzione, di ventilatori e di segnalazioni relative a indagini sulle tensioni vaganti. Tuttavia, non è stato possibile dimostrare la causalità di questi rischi.

“Nel nostro studio non abbiamo riscontrato alcuna associazione con i pannelli solari sul tetto. Le aziende agricole con vacche dal comportamento anomalo avevano la stessa probabilità di avere pannelli solari sui tetti delle aziende agricole in cui le vacche si comportavano normalmente”, ha affermato l’autore corrispondente di tale ricerca, Gerdien van Schaik, professore di epidemiologia veterinaria all’Università di Utrecht. “Tuttavia, ciò non significa che i pannelli solari non possano mai causare problemi di tensione vagante”.

Secondo Andreas Iliou, titolare di Elektro-Solar (Monaco di Baviera) e consulente di PTIA (Phnom Penh), i problemi di salute degli animali associati alle tensioni vaganti non sono causati dai moduli fotovoltaici in sé, ma dall’infrastruttura elettrica nel suo complesso, compresi la progettazione della messa a terra, i collegamenti equipotenziali e le interazioni tra diversi sistemi quali inverter, macchine per la mungitura e reti di messa a terra degli edifici. “Configurazioni di messa a terra inadeguate, corrose o implementate in modo incoerente possono creare gradienti di tensione sulle superfici conduttive, il che, in determinate condizioni, può consentire il passaggio di piccole correnti di dispersione attraverso gli animali che fungono da percorsi conduttivi”, ha dichiarato a pv magazine.

L’esperto di fotovoltaico ha inoltre sottolineato che i moderni edifici agricoli si basano spesso su strutture metalliche altamente interconnesse e fondamenta in cemento armato, destinate a creare zone equipotenziali. Tuttavia, quando vengono introdotti sistemi elettrici aggiuntivi, come gli impianti fotovoltaici, senza un’attenta integrazione del sistema, l’equilibrio complessivo della rete di messa a terra può essere alterato. In tali casi, le correnti possono ridistribuirsi attraverso percorsi non previsti, in particolare dove l’umidità e il contatto con il metallo aumentano la conduttività.

Altri casi

“Ho riscontrato alcuni casi di problemi di salute delle vacche associati a tensioni vaganti in Israele, Irlanda, Germania e Svizzera”, ha affermato Iliou. “Ma nel caso israeliano, il problema esisteva già prima dell’installazione dell’impianto fotovoltaico. Un’abitazione situata a una distanza compresa tra i 50 e i 100 metri dalla sala di mungitura presentava un sistema di messa a terra corroso, che consentiva a piccole correnti di dispersione di propagarsi attraverso la rete elettrica dell’azienda agricola verso la stalla. Poiché tutti gli elettrodomestici e le apparecchiature elettriche funzionavano ancora normalmente, inizialmente il problema è passato inosservato”.

Secondo l’esperto, la situazione è cambiata dopo l’aggiunta degli inverter fotovoltaici. Mentre le piccole correnti di dispersione possono rimanere relativamente limitate negli impianti convenzionali, ogni inverter può introdurre una corrente di dispersione aggiuntiva a seconda delle dimensioni e del design dell’impianto. Negli impianti fotovoltaici più grandi, ciò può aumentare significativamente la quantità di corrente che circola attraverso la rete di messa a terra. “Se il sistema di messa a terra non è progettato correttamente, queste correnti possono seguire percorsi non previsti attraverso strutture conduttive collegate alla sala di mungitura, tra cui griglie metalliche del pavimento e fondamenta in cemento armato utilizzate come sistemi di messa a terra equipotenziale”, ha spiegato.

L’esperto ha inoltre descritto un caso verificatosi in Irlanda riguardante una stalla dotata di un impianto fotovoltaico sul tetto. Secondo il suo resoconto, il sistema di messa a terra non era stato inizialmente realizzato in modo corretto e le modifiche successive si erano concentrate principalmente sul campo fotovoltaico stesso, senza valutare appieno la struttura conduttiva sottostante dell’edificio, compresi il pavimento in cemento armato e i pilastri di sostegno metallici.

Ha spiegato che molti edifici moderni destinati all’allevamento si basano su grandi telai in acciaio o ferro collegati al sistema di messa a terra. In questo caso, si riteneva che le correnti di dispersione associate all’impianto elettrico si propagassero attraverso i pilastri metallici e le travi strutturali fino al terreno. Le aree più colpite sembravano essere le sezioni del capannone dove le mucche si radunavano tipicamente per riposare prima di tornare alla sala di mungitura o alle aree di riposo.

L’esperto ha affermato di aver osservato che le mucche evitavano costantemente determinati angoli dell’edificio, cosa che ha associato a concentrazioni di corrente più elevate intorno ai supporti strutturali. Secondo la sua interpretazione, le travi metalliche conduttive e i percorsi di messa a terra possono, in alcune condizioni, creare aree localizzate con elevata attività elettrica se il sistema di messa a terra complessivo non è adeguatamente bilanciato e monitorato.

Iliou ha inoltre sottolineato il crescente utilizzo di abbeveratoi in acciaio inossidabile nei moderni allevamenti. Sebbene questi sistemi vengano spesso adottati per motivi igienici, egli ha suggerito che, in determinate condizioni, le superfici metalliche conduttrici potrebbero rendere gli animali più sensibili alle piccole differenze di tensione qualora i sistemi di messa a terra non siano adeguatamente bilanciati. In tali casi, le vacche potrebbero diventare riluttanti ad abbeverarsi, ad entrare nelle sale di mungitura o a rimanere in specifiche sezioni della stalla.

L’esperto ha inoltre osservato che l’umidità può amplificare questi effetti abbassando la resistenza elettrica. Nel caso di Israele, sono stati introdotti sistemi di raffreddamento che utilizzano spruzzi d’acqua e grandi ventilatori per migliorare il comfort degli animali durante la stagione calda. Tuttavia, ha affermato che le condizioni di umidità possono anche aumentare la conduttività e rendere le sensazioni elettriche di basso livello più evidenti per gli animali già esposti a irregolarità di messa a terra. Secondo lui, alcune mucche hanno successivamente mostrato segni di stress o hanno evitato le aree interessate della struttura.

Corretta installazione dei sistemi fotovoltaici

Iliou ha sottolineato che i sistemi fotovoltaici di per sé non sono intrinsecamente problematici, ma introducono componenti elettrici aggiuntivi, tra cui inverter e lunghi cavi, che devono essere accuratamente integrati nella rete di messa a terra dell’edificio. Ha detto che un percorso dei cavi improprio, pratiche di messa a terra incoerenti o un collegamento equipotenziale insufficiente possono contribuire a campi elettromagnetici elevati o a percorsi di corrente di dispersione indesiderati all’interno della struttura.

“Le correnti vaganti possono avere origine da molti impianti agricoli convenzionali non collegati al fotovoltaico, tra cui pompe di mungitura, circuiti di illuminazione, apparecchiature di ventilazione e convertitori di frequenza utilizzati nei moderni sistemi di mungitura”, ha affermato. “Questi dispositivi modulano continuamente i carichi elettrici e, in determinate condizioni, possono introdurre correnti armoniche o correnti di dispersione nel sistema di messa a terra”.

A suo avviso, la questione fondamentale è garantire che tutti gli elementi conduttivi all’interno della stalla rimangano allo stesso potenziale elettrico attraverso sistemi di messa a terra a rete progettati correttamente e schemi di messa a terra coordinati. Ha messo in guardia da pratiche quali la disconnessione dei conduttori di terra per ridurre i valori di dispersione misurati, sostenendo che ciò potrebbe semplicemente reindirizzare le correnti attraverso percorsi conduttivi alternativi piuttosto che eliminare il problema di fondo.

L’esperto ha inoltre affermato che alcuni agricoltori dell’Europa meridionale e del Medio Oriente utilizzano sistemi di nebulizzazione d’acqua per raffreddare i moduli fotovoltaici e migliorare la resa energetica durante la stagione calda. Sebbene questa pratica possa aumentare le prestazioni dei moduli in determinate condizioni, ha suggerito che l’umidità può anche aumentare la conduttività intorno alle strutture elettriche e ai sistemi di messa a terra, amplificando potenzialmente le carenze di messa a terra esistenti se gli impianti non sono progettati e mantenuti con cura.

Ha inoltre citato casi specifici riguardanti cavalli ospitati in edifici dotati di impianti fotovoltaici sul tetto. In tali situazioni, ha attribuito il comportamento insolito degli animali ai campi elettromagnetici intensificati generati dal tracciato dei cavi e dalla configurazione degli inverter, piuttosto che ai moduli fotovoltaici stessi. La modifica del percorso dei cavi e il miglioramento della messa a terra hanno ridotto tali effetti e sembravano aver modificato il modo in cui gli animali utilizzavano le diverse parti della stalla. “Arrivare a un sistema adeguatamente bilanciato è tecnicamente impegnativo e richiede un’attenta pianificazione e coordinamento di tutti gli elementi conduttivi all’interno dell’edificio”, ha sottolineato.

Una prospettiva ampia

L’esperto di fotovoltaico ha fatto riferimento anche a casi storici che coinvolgono tensioni vaganti nelle infrastrutture urbane. Ha descritto situazioni in cui i sistemi ferroviari, i corsi d’acqua vicini e le reti di messa a terra degli edifici erano interconnessi, consentendo involontariamente alle correnti elettriche di propagarsi attraverso i sistemi di messa a terra e attraverso le condutture. In alcuni impianti più vecchi, le tubature metalliche dell’acqua erano state utilizzate come parte del sistema di messa a terra, causando un flusso di corrente significativo tra gli edifici.

Ha spiegato che tali sistemi sono stati successivamente riprogettati a seguito di incidenti legati alla corrosione e a scosse elettriche accidentali verificatisi durante lavori di manutenzione su infrastrutture idriche ed elettriche, sottolineando che tali esperienze hanno portato all’adozione di norme più severe che vietano l’uso delle tubazioni idriche come elettrodi di terra e hanno favorito lo sviluppo di sistemi di messa a terra dedicati nelle fondamenta degli edifici.

L’esperto ha concluso che questi esempi storici illustrano come le reti di messa a terra interconnesse possano veicolare involontariamente correnti significative attraverso edifici e infrastrutture. A suo avviso, principi simili si applicano oggi agli impianti fotovoltaici agricoli, dove più sistemi conduttivi devono essere integrati con cura per evitare percorsi di corrente indesiderati.

Raccomandazioni

“Installare impianti fotovoltaici sulle stalle è assolutamente possibile, ma richiede una progettazione accurata. Non è qualcosa da fare con noncuranza, perché ci sono molteplici effetti elettrici e di messa a terra che interagiscono tra loro e possono avere un impatto sia sull’impianto che sugli animali”, ha affermato. “Quando si aggiungono impianti fotovoltaici a una stalla, la situazione diventa più complessa. L’intero ambiente elettrico del sito cambia.”

Un altro fattore determinante è l’incoerenza progettuale. Alcuni impianti separano fisicamente i conduttori positivi e negativi oppure modificano le pratiche di messa a terra in modi che non riducono necessariamente le dispersioni, ma le ridistribuiscono invece attraverso percorsi diversi. “Questo può involontariamente aggravare gli effetti di campo locali anziché risolverli”, ha sottolineato Iliou. “L’approccio corretto non è quello di rimuovere la messa a terra, ma di migliorarla. Un impianto fotovoltaico progettato correttamente su una stalla dovrebbe utilizzare un sistema di collegamento equipotenziale coerente, essenzialmente una struttura di messa a terra a maglia ben progettata che collega il tetto, gli inverter, l’infrastruttura metallica e la terra in un unico sistema controllato”.

In molti casi, ciò non richiede costosi aggiornamenti. Spesso è possibile ottenerlo utilizzando il cablaggio in eccesso esistente e piccole connessioni aggiuntive durante l’installazione o gli interventi di manutenzione. L’impatto sui costi è in genere modesto rispetto al costo complessivo del sistema, ma l’effetto sulla stabilità del sistema può essere significativo.

La sfida del settore è che la tecnologia fotovoltaica si evolve rapidamente, in particolare la progettazione degli inverter e dell’elettronica di potenza, mentre le pratiche di installazione e gli standard di cablaggio spesso restano indietro. Questo disallineamento può portare all’applicazione di concetti di messa a terra obsoleti ai sistemi moderni.

“La mia conclusione non è quindi che gli impianti fotovoltaici debbano essere evitati nelle stalle”, ha affermato Iliou. “Piuttosto, dovrebbero essere installati prestando la dovuta attenzione alla messa a terra, al collegamento equipotenziale e al comportamento elettrico dell’intero impianto. Con una progettazione adeguata, i rischi possono essere gestiti e l’impianto può funzionare in sicurezza sia per la produzione che per il benessere degli animali».

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