CORSO DI PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE A.A Sezione 03b - Fotovoltaico

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Camilla Pippi
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Sergio Montelpare Dipartimento INGEO Università G.

1 1 PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE CORSO DI PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE A.A Sezione 03b - Fotovoltaico Prof. Ing. Sergio Montelpare Dipartimento INGEO Università G. d Annunzio Chieti-Pescara Prof. Ing. Renato Ricci DIISM Università Politecnica delle Marche

2 2 Dati di Progetto PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE Si vuole realizzare un impianto fotovoltaico sul tetto di un edificio residenziale. L impianto verrà allacciato in parallelo alla rete di Bassa Tensione dell edificio che, a sua volta, dispone di un allaccio monofase con potenza impegnata di 6 [kw]. Il consumo di energia elettrica annuale dell edificio è di 5000 [kwh] e lo stesso edificio è dotato di una tetto con falda inclinata di 30 gradi ed esposta a SUD. La superficie di tetto disponibile all impianto fotovoltaico è di 65 metri quadrati ed i pannelli verranno fissati sopra le tegole. L impianto fotovoltaico avrà una potenza elettrica complessiva inferiore a 3 [kw] La località in cui l edificio è posizionato è nel comune di ANCONA. Si vuole accedere alla tariffa incentivante del PRIMO SEMESTRE 2012, garantita dal quarto Conto Energia nella misura di [ /kwh], maggiorata del 10% in quanto l impianto avrà un costo di investimento (dal quale è escluso il costo di installazione e messa in opera) dettato da componenti il cui costo complessivo è adducibile per almeno il 60% a prodotti realizzati all interno dell Unione Europea.

3 3 Dati Climatici derivati dalla Norma UNI PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE Poiché la radiazione solare annua su piano orizzontale ad Ancona è di 1471 [kwh/ mq] e la superficie è esposta a SUD ed inclinata di 30 gradi si può applicare un coefficiente di maggiorazione di In questo modo la radiazione solare annua incidente sulla nostra superficie sarà pari a: 1662 [kwh/mq].

4 Caratteristiche del Pannello Fotovoltaico selezionato 1. Dimensioni della cella: 15.6 x 15.6 cm 2. Numero di celle: Forma e colore della cella: Policristallina Quadrata blu 4. Potenza di Picco (Wp): Tolleranza (%): -0/+5% 6. Efficienza del modulo (%): Corrente nel punto di Max. Potenza (A): Tensione nel punto di Max. Potenza (V): Corrente di Corto circuito I SC (A): Tensione a vuoto V OC (V): Temperatura nominale della cella NOCT ( C): Tensione Massima di sistema (V): Coefficiente di tensione (%/ C): Coefficiente di corrente di Corto circuito: [%/ C] 15. Tensione a vuoto a -10 ( C): [V] 16. Tensione al punto di Max. Potenza a 70 ( C): [V] 17. Configurazione elettrica: 60 celle in serie in 6 stringhe da 10 celle 18. Diodi di Bypass: Sistema di connessione: Connettori MC-PV4 cavo 900 mm (+/-) 20. Lunghezza pannello: 1636 [mm] 21. Larghezza Pannello: 992 [mm] 22. Spessore Pannello: 45 [mm] 23. Spessore con J-Box: 45[mm] 24. Peso (kg): Garanzia di prestazione (% in anni): 90% per i primi 12 anni e 80% su 25 anni 26. Garanzia del prodotto: 10 anni 27. Certificazioni (IEC61215, IEC61730, CEC, VDS, RoHS, TUV, MCS, UL Listed, ISO9001, ISO14001; PV- Cycle)

5 Scelta del campo fotovoltaico Volendo rimanere al di sotto dei 3 [kw] si opta per un campo formato da DUE stringhe; ogni stringa è composta da SEI pannelli, per un totale di 12 pannelli. La potenza massima di ogni stringa sarà pari a: 6x240 = 1440 [W] La tensione MPP di stringa è pari a 6x29.7 = [V] La corrente MPP di stringa è pari a 1x8.09 = 8.09 [A] La corrente di cortocircuito massima e pari a 1,25 x Isc = 1.25x8.55 = [A] La tensione minima MPP di stringa è pari a: 6x29.7x(1-(70-25)*0.33/100) = 6x25.29 = [V] La tensione massima di stringa in circuito aperto è pari a: 6x36.9(x1-(-10-25)*0.33/100)=6x(41.16)=247 [V] La tensione massima MPP è pari a : 6x29.7x(1-(-10-25)*0.33/100)=6x(29.8)=178.8 [V] Caratteristiche del campo: Potenza complessiva: 2x1440=2880 [W] Tensione MPP: 178.8[V] Tensione MPP a +70 gradi: [V] Tensione MPP a -10 gradi: 247 [V] Corrente MPP: 2x8.09 = [A] Corrente di cortocircuito massima: 2x10.69 = 21.4 [A] Occupazione di tetto: (2x1.64)x(6x0.992)=3.28 x 5.95 [mq] Stringa Stringa - 2

6 Scelta dell Inverter Massima potenza accettabile del generatore FV in ingresso: 3200 [W] Potenza Nominale: 3000 [W] Minimo Voltaggio MPP: 125 [V] Massimo voltaggio MPP: 350 [V] Massima tensione di ingresso: 450 [V] Massima Corrente di ingresso : 16 [A] ad ingresso Massima efficienza: Rendimento europeo: Il parallelo delle stringhe è interno all Inverter con 2 ingressi regolati MPPT separatamente L inverter è monofase e dedicato ad installazioni al coperto: IP21. Livello acustico basso: 45 dba, privo di ventilazione forzata Massa: 19.5 [kg] Dimensioni: 498x386x188 (mm) Range temperatura di esercizio: -20/+60 gradi VERIFICA DELL ACCOPPIAMENTO TRA INVERTER E MODULI 1. La massima tensione di stringa non deve superare la massima tensione sopportata dall Inverter: 250 V < 450 V condizione soddisfatta 2. La minima tensione MPP di stringa non deve essere inferiore alla minima tensione MPPT dell inverter: V > 125 V condizione soddisfatta 3. La massima tensione MPP di stringa non deve essere superiore alla massima tensione MPPT dell inverter: V < 350 V condizione soddisfatta 4. La somma delle correnti MPP massime delle due stringhe in parallelo non deve superare la massima corrente in ingresso dell inverter: 2 x = < 2 x 16 [A]

Dimensionamento Cavi e quadro di campo Ogni pannello è dotato di cavi solari FG21M21 da 4 [mmq] di sezione; sia il tratto connesso al polo positivo che quello connesso al negativo sono lunghi 900

Il quadro di campo conterrà così DUE diodi di blocco, installati sul positivo delle stringhe, DUE interruttori sezionatori e QUATTRO SPD (dispersori di sovratensione).

8 [V] ed una corrente nominale superiore a 1.25 volte la corrente di cortocircuito del pannello: Corrente di diodo > 1.25 x 8.55 = 10.

7 Dimensionamento Cavi e quadro di campo Ogni pannello è dotato di cavi solari FG21M21 da 4 [mmq] di sezione; sia il tratto connesso al polo positivo che quello connesso al negativo sono lunghi 900 [mm] cadauno. Tutti i dispositivi di comando, sezionamento e protezione delle stringhe vengono installati in un quadro elettrico interno alla abitazione. Il quadro di campo conterrà così DUE diodi di blocco, installati sul positivo delle stringhe, DUE interruttori sezionatori e QUATTRO SPD (dispersori di sovratensione). I diodi di blocco dovranno poter operare ad una tensione massima pari almeno al doppio della tensione a vuoto della stringa: Tensione Diodo > 2 x (6 x 36.9) = [V] ed una corrente nominale superiore a 1.25 volte la corrente di cortocircuito del pannello: Corrente di diodo > 1.25 x 8.55 = 10.7 [A] Si sceglie così un diodo con tensione di lavoro di 800 [V] e corrente nominale di 12 [A]. Per la scelta dell interruttore magnetotermico di stringa è necessario tenere conto che in genere ogni interruttore presenta una tensione nominale in CC di 250 V pertanto per ogni stringa occorre dotarsi di due interruttori in serie per ogni polo. La soluzione migliore è quella di optare per DUE interruttori a 4 poli, dove, mettendo in serie ogni coppia di poli si arriva ad una tensione di lavoro di 500 Vcc, ben superiore a i 247 Vcc della tensione di circuito aperto di stringa. Gli SPD sono scelti con tensione di esercizio di superiore a: 6 x (1.25 x Voc)= 6 x (1.25 x 41.16) = 550 Vcc si prende un SPD da 600 Vcc ed una corrente impulsiva nominale di scarica di 12.5[kA] per un tempo di 8/20 ms.

8 Δ U Perdite Totale sul lato CC CC % =Δ U1 % +Δ U2 % = 0.97[%] Perdite Stimate Perdite per effetto termico: 7% Perdite per mismatch: 3% Perdite per bassa radiazione: 2% Perdite per riflessione: 2% Calcolo e stima delle perdite di impianto L2: Distanza fra la stringa fotovoltaica ed il quadro di campo: 15 m Il cablaggio fra la stringa ed il quadro viene effettuato con cavi solari FG21M21 da 4 mmq di resistività pari a 5.09 [ohm/km] Ogni pannello della stringa è dotato di due cavi di collegamento da 0.9 [m] di lunghezza cadauno. La potenza massima di stringa è pari a 1440 [W] La tensione MPP di stringa è di [V] La caduta di potenziale del campo FV, dovuta ai cavi di collegamento, è pari a quella di una stringa, essendo queste ultime in parallelo. ρ L ρ L ρ L P Δ U % = [%] max 1 2 S1 S2 S3 ( N UMPP ) = [%] 1000 = Il quadro di campo è collegato all inverter con due cavi unipolari FG7R0,6/1 kv da 6 mmq di sezione, la lunghezza del cablaggio è di 2 metri e la resistività del filo è di 3.3 [ohm/km] Perdite Inverter: ( )*100 = 6.5% Perdite complessive: = % ρ L P Δ U % = 100 [%] max 2 S 2 ( N UMPP ) = [%] 1000 =

9 Misura dell energia e collegamento alla rete PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE CALCOLO DELL ENERGIA PRODOTTA La radiazione solare totale annua è pari a: 1662 [kwh/mq] Il numero di ore equivalenti a 1000 [W/mq] è: /1000 = 1662 ore La potenza dell impianto è: 2880 [W] Il rendimento totale dell impianto è pari a: ( ) = Consumo elettrico annuo di energia elettrica dell abitazione: 5000 [kwh] La produzione di energia annua sarà pari a: 1662 x 2880 x = [Wh] = 3758 [kwh] pari al 75.2 % del consumo elettrico dell abitazione.

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