focus sulle tecnologie rinnovabili: stato dell arte ed innovazioni

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1 focus sulle tecnologie rinnovabili: stato dell arte ed innovazioni aricabatterie Fotovoltaico per l imbarcazione lass 40 di Giovanni SOLDINI Ing. Antonio SAHETTI

2 Breve storia.. Società specializzata nella progettazione, realizzazione e commercializzazione di impianti fotovoltaici a forte contenuto innovativo MATRIX Società di produzione schede elettroniche e Laboratorio di Ricerca Accreditato MUR 5 anni di incubazione.. riteri ed obiettivi chiari: definizione requisiti; Progetti che rispondono ai requisiti Partnership Università..esempi.. SINERGIE in rete MATRIX ecc. ecc.. onoscenza approfondita delle caratteristiche elettriche degli impianti fotovoltaici in presenza di corpi ombreggianti problematiche di mismatch esistente tra i moduli fotovoltaici Matrix ha elaborato un software per ottimizzare la configurazione e la disposizione dell impianto fotovoltaico, in modo da massimizzare la produzione energetica. Matrix.. capacità produttiva elettronica per REALIZZARE IDEE DI PROGETTO relative al mondo BoS fotovoltaico

3 BoS Balance of System.la potenza è nulla senza controllo.. onverter aricabatterie sull imbarcazione lass 40 di Giovanni SOLDINI Inquadramento del progetto.. Propulsione oppure APU? Propulsione Imbarcazioni di piccola taglia (aree marine protette ) Elevata potenza per le prestazioni e significativa energia per l autonomia APU Auxiliary Power Unit Idonea anche per imbarcazioni di taglia media, supporta ed affianca il sistema di propulsione primaria Può essere dedicata alla alimentazione di alcuni dispositivi di bordo (condizionatore, luci, frigo, sistemi di comunicazione..)

4 Attuali sistemi fotovoltaici piccola estensione non calpestabili non garantiscono la massima potenza prodotta dal pannello MPPT Inseguimento del Punto di Massima Potenza Al variare della temperatura cambia anche la tensione. T crescente Al variare del soleggiamento si rischia di non estrarre la massima potenza dai pannelli. S crescente

5 os è l MPPT (Maximum Power Point Tracking)? P massima potenza disponibile potenza fornita alla batteria Vbat Senza MPPT Vbat V os è l MPPT (Maximum Power Point Tracking)? P massima potenza disponibile potenza fornita alla batteria Vi ON MPPT Vi V

6 ondizioni di ombreggiamento: mismatching I M1 M2 Vi Una cella ombreggiata equivale ad una condizione di strozzamento per la corrente erogata dalla cella M1. Svantaggio: parte delll energia prodotta dalla cella M1 viene persa! Possibile soluzione: inserire diodo di bypass ondizioni di ombreggiamento: mismatching I M1 M2 Vi Il diodo di bypass rappresenta un percorso alternativo per l alta corrente prodotta dalla cella maggiormente soleggiata. Questo permette alla cella M1 di continuare a produrre energia anche quando la cella M2 è parzialmente ombreggiata. Svantaggio: l energia prodotta dalla cella M2 viene persa!

7 La composizione delle stringhe 2 stringhe da 22 celle In totale 124 celle 6 stringhe da 19 celle In totale 114 celle 2 stringhe da 18 celle 2 stringhe da 22 celle sole salsedine Mismatching ombra la disomogeneità nelle condizioni di funzionamento RIDUE ombra la produttività energetica del generatore fotovoltaico sole

8 Ma come fare un bypass intelligente? Ogni cella ha V mpp 0.5V, I mpp 8A Ad esempio: stringa da 18 celle in serie 9V La batteria: 12V E necessario usare un convertitore innalzatore (boost) V=9V V=12V Stringa PV onvertitore boost batteria Non esistevano ancora in commercio convertitori con queste caratteristiche P<100W aratteristiche sistemi FV standalone attuali controllo e mantenimento carica della batteria funzionamento non ottimo del pannello (no MPPT) Il convertitore richiede una tensione in ingresso maggiore di quella di batteria (stepdown) molti moduli/celle in serie alta probabilità di mismatch V=17V/34V Stringa FV onvertitore stepdown e caricabatteria V=12V/24V P<350W batteria

9 Attuali regolatori di carica (sono tutti di tipo stepdown) richiedono almeno 36 celle fotovoltaiche SFIDA: (combattere gli effetti del mismatching) 2....sulla serie di celle/pannelli.. consentendo tramite l elettronica non stepdown.. di utilizzare pannelli con ridotto unemro di celle in serie..sul singolo pannello.. effettuando l MPPT di singolo pannello

10 Boost n 1 Boost n 2 Boost n 3 Boost n 4 Obiettivo raggiunto da, con la collaborazione di Unisa e il supporto realizzativo di Matrix. ome è possibile usare stringhe di poche celle? Ogni cella ha V mpp 0.5V, I mpp 8A Ad esempio: stringa da 10 celle in serie 5V La batteria: 12V E necessario usare un convertitore innalzatore (boost)! V=5V/10V V=12V/24V Stringa PV onvertitore boost batteria P<100W Non esistono in commercio convertitori con queste caratteristiche

11 Progetto Soldini: le problematiche risolte dal onverter Energenia Riconoscimento presenza pannello Riconoscimento assenza batteria Riconoscimento batteria carica Possibilità di collegare più dispositivi in parallelo senza problemi Realizzare la funzione MPPT Il progetto L imbarcazione Telecom 40 di Giovanni Soldini è dotata di un generatore fotovoltaico costituito da pannelli in materiale policristallino realizzati ad hoc, robusti, calpestabili e moderatamente flessibili Il generatore fotovoltaico è utilizzato per garantire l autonomia energetica nello svolgimento delle regate veliche Energenia con la collaborazione dell Università degli Studi di Salerno ha definito una architettura del sistema ed ha sviluppato un dispositivo elettronico innovativo e non presente sul mercato Il progetto è orientato all ottimizzazione della produzione energetica dal generatore fotovoltaico

12 Moduli fotovoltaici custom (16 celle) Bassa tensione di lavoro <12/24V Profilo allungato per facilitare integrazione Una architettura modulare iascun convertitore è dotato di un microcontrollore che assicura il massimo trasferimento di potenza (MPPT) dalle celle ed il datalogging. La funzione MPPT viene tarata in funzione delle reali condizioni ambientali Batteria 12

13 Il caso: Telecom Italia In totale circa 250 celle ( 1kWp) Risparmio dell 85% di carburante E un progetto anche imprenditoriale : Ideazione Esisteva già una esperienza di miglioramento delle prestazioni lavorando sul miglioramento dell integrazione pannelliscafo: è divenuto importante l intervento di Energenia per progettare, ingegnerizzare e realizzare un convertitore per migliorare ulteriormente e sensibilmente le prestazioni

14 E un progetto anche imprenditoriale : Tempi di sviluppo Febbraio 08: accettazione sfida ; Aprile 08: primo prototipo Maggio : installazione e.. regata, con conversione energetica più efficiente rispetto alla precedente esperienza senza convertrer Luglio 08: secondo prototipo con efficienza e funzionalità diagnostiche. A Novembre versione definitiva con ottimizzazione di costi/affidabilità. E un progetto anche imprenditoriale : Progressi futuri Versioni per diversi voltaggi/potenze Ulteriore riduzione dimensioni/peso Monitoraggio in tempo reale delle prestazioni dei moduli FV e dei convertitori con sistema di acquisizione dati wired/wireless, elaborazione di dati storici per previsioni di failures e manutenzione evolutiva STRUTTURA OMMERIALE

15 Facciamo il punto.. Se è vero come è vero che.. il nuovo sistema elettronico di conversione ha assicurato: più modularità e flessibilità, maggiore efficienza, riduzione del peso dell imbarcazione, riduzione dell inquinamento Allora.. La nautica è un settore applicativo molto ricettivo per il fotovoltaico La nautica può essere il traino per l uso di tali sistemi in contesti più ampi (ad es. mobilità urbana). Realizzando soluzioni tecnologiche e progettuali adhoc, si può soddisfare una esigenza del mercato. Perché e come oggi passare dal progetto Soldini al mercato? Perché si affronta il problema delle ombre e del diverso soleggiamento sull impianto fotovoltaico (problema tecnico risolto); Perché si rivolge una clientela già sensibile alle problematiche ambientali e che ha bisogno di energia senza il peso di rifornimenti continui (esigenza di mercato).. modificare il prototipo Soldini per adeguarlo ai moduli standard. Solon ha fornito dei moduli adeguati alle imbarcazioni perché parzialmente flessibili e calpestabili. Si sta realizzando il design e la meccanica del contenitore affinchè il dispositivo si inserisca armoniosamente all interno delle imbarcazioni, semplifichi il montaggio e il cablaggio, confermi la compatibilità elettromagnetica che ha già dimostrato.

16 Energenia e il mercato Energenia sta analizzando i bisogni del settore delle imbarcazioni da diporto e si sta strutturando organizzativamente in base ai volumi previsti e ai clienti che si intendono raggiungere (classificati per assorbimenti energetici ecc. ). Funzione aggiuntiva per il prodotto e per il mercato: quando la batteria è carica, per evitare di sprecare l energia solare, si attiverà il cicalino sonoro energy free che avviserà di poter aumentare i carichi elettrici per utilizzare l energia che, in quelle determinate condiizoni, andrebbe persa. Energenia si propone come specialista nell efficienza! Mercato Nautica sostenibile.. aree marine protette anche propulsione? Premialità della nautica sostenibile, basata su adozione di nuove tecnologie, efficienza energetica, contenimento dei consumi e compatibilità ambientale (incluso l inquinamento acustico): circa il 12% del mare italiano.. Il "Bollino Blu" obbligatorio per l'accesso nelle Aree Marine Protette delle unità da diporto utilizzate a fini commerciali (charter).

17 Progetto Soldini: riconoscimenti Il progetto ha ricevuto il Premio Projenius per il Fotovoltaico Premio alla progettazione con lo scopo di segnalare imprese e progettisti che si siano distinti con soluzioni innovative nel settore elettronico con specifico riferimento al settore applicativo del fotovoltaico. onsiderazioni di sistema Dispositivo rivoluzionario per il settore reazione di un sistema maggiore successo Rilancio economicosociale tecnologia scegliere in tempo quella più idonea HA SELTO IL FOTOVOLTAIO INNOVATIVO E SI PROPONE PER ESSERE LEADER NELLE SOLUZIONI PER IL NAUTIO E LA MOBILITA SOSTENIBILE!! VISION..Dai sommergibili Nucleari alle Imbarcazioni Fotovoltaiche!

18 GRAZIE PER L ATTENZIONE!