CORSO PROGETTISTI/INSTALLATORI

Transcript

1 CORSO PROGETTISTI/INSTALLATORI PARTE TERZA Criteri di progettazione di impianti fotovoltaici collegati alla rete

2 Collegamento in serie di moduli fotovoltaici.

3 Criteri di progettazione di impianti fotovoltaici collegati alla rete Il progetto/la realizzazione di un sistema fotovoltaico consiste nella ricerca della condizione di migliore adattamento fra l energia solare disponibile e l energia richiesta dall utenza cui l impianto è destinato. Con riferimento agli impianti FV connessi alla rete di distribuzione, va determinato anche il bilancio più opportuno fra l energia prelevata dalla rete e quella fornita ad essa.. Il migliore adattamento può essere ricercato in termini di massima economicità, efficienza ed affidabilità. Il progetto di un impianto fotovoltaico può essere suddiviso in tre passi principali: caratterizzazione dell utenza; determinazione della configurazione dell impianto; dimensionamento delle diverse parti dell impianto.

4 Generatore fotovoltaico Il Generatore Fotovoltaico è costituito dal parallelo di un determinato numero di stringhe di moduli FV. Ciascuna stringa è sezionabile e provvista di un diodo di blocco che impedisce l eventuale riflusso di corrente verso i moduli FV. Ciascun modulo di cui è composta la stringa è provvisto di diodo di bypass.

5 Generatore fotovoltaico Le stringhe sono provviste di protezioni contro le sovratensioni mediante scaricatori (uno per ogni polo) collegati a terra e di idoneo interruttore per il collegamento al gruppo di conversione. La potenza nominale del campo FV espressa in Wp è ottenuta come somma delle singole potenze nominali dei singoli moduli. La tensione a circuito aperto (Voc) del campo è ottenuta come somma delle singole tensioni di circuito aperto dei singoli moduli. Il generatore FV è gestito come sistema IT, quindi con nessun polo connesso a terra.

6 Generatore fotovoltaico Schema elettrico di un tipico impianto fotovoltaico da 3 kwp.

7 Generatore fotovoltaico Schema elettrico di un tipico impianto fotovoltaico da 18 kwp.

8 Schema elettrico di un tipico impianto fotovoltaico da 18 kwp.

9 Convertitore CC/CA Il convertitore CC/CA o inverter trasferisce la potenza in continua prodotta dal generatore alla rete in alternata, in conformità ai requisiti normativi, tecnici e di sicurezza applicabili. Le caratteristiche principali sono: commutazione forzata con tecnica PWM (pulse-width modulation), senza clock e/o riferimenti interni di tensione o di corrente, assimilabile a "sistema non idoneo a sostenere la tensione e frequenza nel campo normale", in conformità a quanto prescritto per i sistemi di produzione dalla norma CEI funzione MPPT (inseguimento della massima potenza) ingresso cc da generatore fotovoltaico gestibile con poli non connessi a terra, quindi con sistema IT.

10 Convertitore CC/CA Grado di protezione adeguato all'ubicazione in prossimità del campo fotovoltaico (IP65). Campo di tensione di ingresso adeguato alla tensione di uscita del generatore FV (es.: Vcc per un impianto da 1,5 kwp) Potenza di ingresso Pcc W adeguata al campo FV Efficienza massima eta 90 % al 70% della potenza nominale. In generale è preferibile montare l inverter in prossimità del campo FV così da limitare il trasporto su cavo della potenza in continua.

11 rispondenza alle norme generali su EMC e limitazione delle emissioni RF: conformità norme CEI 110-1, CEI 110-6, CEI protezioni per la sconnessione dalla rete, per valori fuori soglia di tensione e frequenza di rete e per sovracorrente di guasto in conformità alle prescrizioni delle norme CEI ed a quelle specificate dal distributore elettrico locale. Reset automatico delle protezioni per predisposizione ad avviamento automatico. conformità marchio CE. Convertitore CC/CA

12 Convertitore CC/CA Convertitore CC/CA montato in esterno sotto la struttura di sostegno dei moduli FV.

13 Interfaccia di rete Per motivi di sicurezza, per il collegamento in parallelo alla rete pubblica l'impianto deve essere provvisto di protezioni particolari che ne impediscano il funzionamento in isola elettrica, così come previsto dalla norma CEI e dalle specifiche del distributore locale. ENEL ha sviluppato un interfaccia di protezione che assicura la sconnessione dalla rete e lo spegnimento dell'impianto per valori di tensione e frequenza di rete esterni ad un range prefissato (unificazione DV1606 per sistemi monofase e DV1604 per sistemi trifase). L interfaccia può essere integrata nel gruppo di conversione. Le protezioni, devono essere corredate di una certificazione di tipo, emessa da un organismo accreditato.

14 Componentistica del circuito elettrico La componentistica impiegata nella realizzazione dell impianto FV deve essere conforme alle normative vigenti. Sezionatori, diodi di blocco e scaricatori sono dimensionati per le opportune correnti e tensioni e sono allocati in un quadro elettrico (quadro di sottocampo) conforme alle norme vigenti e in particolare dotato di un grado di protezione adeguato al sito di installazione. Nel caso in cui uno dei componenti menzionati sia già incluso nell inverter, esso potrà essere omesso fermo restando i requisiti di funzionalità e sicurezza elettrica che in ogni caso devono essere prerogativa fondamentale dell impianto.

15 Componentistica del circuito elettrico La scelta e il dimensionamento dei cavi di collegamento devono in particolare limitare la caduta di tensione. Il quadro di consegna dell energia e parallelo rete è preposto ad effettuare il collegamento in parallelo dell'inverter alla rete elettrica di distribuzione in bassa tensione. All'interno di tale quadro è contenuto il dispositivo di interruzione della linea in uscita dall'inverter. Qualora l esistente quadro di distribuzione utente lo consenta, l interruttore della linea elettrica in uscita dall inverter potrà essere alloggiato all interno dello stesso pur rimanendo invariato lo schema.

16 Componentistica del circuito elettrico Tipico esempio di quadro di sottocampo. Nell'immagine è possibile osservare i diodi di blocco, gli scaricatori di sovratensione ed i sezionatori di stringa.

17 Strutture di sostegno dei moduli fotovoltaici I moduli fotovoltaici prima di essere collegati elettricamente tra loro, devono essere montati su apposite strutture di sostegno. Tali strutture possono essere costruite tramite profilati in ferro zincato a caldo opportunamente assemblati.

18 Strutture di sostegno dei moduli fotovoltaici Esempio di moduli FV montati su una struttura di sostegno.

19 Strutture di sostegno dei moduli fotovoltaici Classica applicazione di montaggio a tetto piano.

20 Inclinazione ed orientamento della struttura di sostegno L inclinazione della struttura di sostegno deve essere scelta con l obiettivo di rendere massima l energia raccolta e convertita nel corso dell anno. In generale tale condizione si viene a determinare con un angolo d inclinazione pari alla latitudine del sito d installazione dell impianto. L orientamento che garantisce la migliore captazione energetica è a Sud (angolo di azimuth uguale a zero), che va rilevato attraverso l uso di una bussola.

21 Inclinazione ed orientamento della struttura di sostegno In generale, angoli di azimuth compresi tra +/- 15 non comportano riduzioni sostanziali di energia captata. Si possono verificare applicazioni in cui sono presenti ostacoli (montagne, edifici ecc.) che portano ombra sui pannelli in determinate ore della giornata e possono causare una riduzione sistematica dell energia disponibile; in tal caso, l angolo di azimuth della struttura di sostegno sarà scelto per rendere ottimale la captazione energetica nelle fasi della giornata in cui l ostacolo non produce effetti.

22 Inclinazione ed orientamento della struttura di sostegno

23 Fotovoltaici collegati alla rete Dislocazione su più file delle strutture di sostegno dei moduli Se è necessario suddividere il campo fotovoltaico in più file parallele di pannelli le relative strutture di sostegno dei moduli, disposte tipicamente nella direzione Est - Ovest, dovranno essere distanziate nella direzione Nord - Sud in modo che non si ombreggino a vicenda. E uso comune determinare la distanza fra le file di pannelli con la condizione di non ombreggiamento reciproco alle ore 12 del giorno del solstizio invernale (giorno in cui l altezza del sole è la minima). In tal modo si garantisce la condizione di non ombreggiamento in tutti i giorni dell anno nelle ore centrali della giornata che sono quelle di massimo soleggiamento.

24 Fotovoltaici collegati alla rete Dislocazione su più file delle strutture di sostegno dei moduli Distanza minima fra le file di pannelli per non avere ombreggiamento alle ore 12 del solstizio invernale.

25 Zavorre delle strutture I pannelli fotovoltaici dell impianto, nel loro complesso, costituiscono una superficie che, secondo il grado di esposizione, è soggetta all azione del vento. Tale azione per quanto sporadica, e variabile di caso in caso, può determinare gravi danni all impianto a causa dell effetto vela dei pannelli e situazioni di pericolo per le persone.

26 Zavorre delle strutture Nei casi in cui non è possibile (per motivi di natura tecnica od economica) fissare stabilmente la struttura di sostegno dei moduli all edificio oggetto dell intervento, sarà necessario predisporre un sistema di zavorre allo scopo di annullare la possibile azione del vento. Il peso di tali zavorre dovrà essere opportunamente calcolato in base alle normative vigenti.

27 Diverse tipologie di strutture adottabili Di seguito sono elencate le diverse tipologie di applicazione che si possono incontrare nella realizzazione di tetti fotovoltaici: tetto a falda tetto piano tetto a shed frangisole tettoia ombreggiante facciata

28 Zavorre delle strutture Tipico esempio di impianto su tetto piano. Le strutture sono state opportunamente zavorrate.

29 Tipico esempio di impianto su tetto a falda.

30 Zavorre delle strutture Tipico esempio di impianto su tetto piano prima e dopo l installazione

31 Tipico esempio di impianto su tetto a shed.

32 Tipico esempio di impianto su frangisole.

33 Tipico esempio di impianto su tettoia ombreggiante.

34 Contatore dell energia prodotta La quantità di energia consegnata nella rete di distribuzione esterna dall impianto FV installato deve essere conteggiata tramite un apposito contatore che deve essere fornito dal distributore. L energia elettrica consegnata e quella riconsegnata si compensano tra loro su base annua, utilizzando un coefficiente pari a 1. Effettuata la compensazione a titolo di scambio, qualora permanga un saldo positivo o negativo, a seconda del caso: se il saldo è positivo viene riportato a credito per la compensazione negli anni successivi e non dà luogo a remunerazione; se il saldo è negativo alla differenza tra energia elettrica riconsegnata ed energia elettrica consegnata si applica il trattamento e il corrispettivo previsto dal contratto di fornitura.

35 Contatore dell energia prodotta Sono a cura e spese del Richiedente le eventuali opere civili per l alloggiamento dei complessi di misura relativi all energia consegnata e riconsegnata. Il Distributore è responsabile della fornitura e installazione dei complessi di misura relativi al punto di connessione. Ai fini dello scambio sul posto al Richiedente è richiesto un corrispettivo per il servizio di misura pari a tot di euro per anno.

36 Dimensionamento del generatore fotovoltaico Per ottimizzare il risultato economico dell impianto, la sua potenza nominale deve essere tale che la quantità di energia elettrica da esso producibile su base annua (in corrente alternata) sia inferiore a quella fornita dal Distributore all utente (mediante il contratto di fornitura di energia elettrica). Ricavare dal costo annuo della bolletta dell utente, in base alle tariffe vigenti, i consumi annui energetici, oppure ricavare, se le bollette sono disponibili, in modo diretto, i consumi di energia dell utente. Ricavare l energia solare incidente media annua giornaliera locale sul piano inclinato (numero di ore equivalenti di irraggiamento a 1000 W/m2) utilizzando come riferimento la norma UNI

37 Dimensionamento del generatore fotovoltaico Calcolare la taglia del generatore fotovoltaico in base all energia giornaliera consumata dall utente calcolata dal complessivo annuo ed alle ore equivalenti di irradiazione a 1000 W/m2 secondo la seguente formula: Potenza campo FV =< (energia annua consumata / 365) / ore equivalenti locali / K. Il coefficiente K tiene conto delle perdite dovute all accoppiamento dei moduli, della risposta in temperatura del campo FV e del rendimento dell inverter. La specifica tecnica di fornitura richiamata dal bando impone un valore minimo di K pari a 0.75.

38 Dimensionamento del generatore fotovoltaico La taglia dell impianto ricavata, determina, in funzione della tipologia di struttura di sostegno adottata, una occupazione di superficie che deve essere confrontata con l effettiva disponibilità. Si distingueranno i casi in cui il campo fotovoltaico può essere posizionato su una superficie singola, rispetto alla soluzione su più file. Si potrà verificare la necessità di dover diminuire la taglia del campo fotovoltaico a causa della mancanza di superficie utilizzabile. Ottenuta la taglia del campo FV occorrerà determinare il numero complessivo di moduli occorrenti secondo il seguente procedimento: N complessivo di moduli = Potenza campo FV / Potenza singolo modulo adottato

39 Dimensionamento del generatore fotovoltaico Il campo FV dovrà funzionare in connessione diretta con l inverter, ciò impone che le stringhe del campo FV producano in uscita una tensione adatta alla finestra di funzionamento dell inverter stesso. A tale scopo è necessario determinare correttamente il numero di moduli FV da collegare in serie per ogni stringa verificando che sia soddisfatta la condizione secondo cui la Voc della stringa, riportata in temperatura alle condizioni di reale funzionamento sia contenuta all interno della finestra di funzionamento dell inverter. Il riporto in temperatura della tensione di cortocircuito della stringa si calcola moltiplicando il numero di moduli in serie per il numero di celle in serie del modulo per l intervallo di variazione di temperatura rispetto a 25 C per il coefficiente tipico -2.2*10-3 (-2.2 mv/ C/cella serie).

40 Dimensionamento del generatore fotovoltaico Il numero complessivo di stringhe sarà determinato secondo il seguente procedimento: N di stringhe in parallelo = N complessivo di moduli / N di moduli per stringa Il numero di stringhe da collegare in parallelo tra loro dipenderà dalle caratteristiche elettriche di ingresso dell inverter utilizzato.

41 Scelta del convertitore CC/CA La scelta del convertitore CC/CA, in accordo con le prescrizioni tecniche fondamentali riportate già descritte può essere effettuata anche in base alle seguenti caratteristiche: caratteristiche elettriche adeguate; inclusione al proprio interno di dispositivi di protezione che altrimenti dovrebbero essere previsti separatamente con aggravio dei costi. possibilità di montaggio in esterno; alta affidabilità (dispositivo ampiamente collaudato); adeguato servizio di assistenza.

42 Producibilità energetica di un impianto fotovoltaico La quantità di energia elettrica producibile da un impianto FV deve essere calcolata, sulla base dei dati radiometrici di cui alla citata norma UNI assumendo come efficienza operativa media annuale dell impianto il 75% dell efficienza nominale del generatore fotovoltaico. L efficienza nominale del generatore fotovoltaico è numericamente data, in pratica, dal rapporto tra la potenza nominale del generatore stesso (espressa in kwp) e la relativa superficie (espressa in m 2 e intesa come somma delle superfici dei singoli moduli).

43 Producibilità energetica di un impianto fotovoltaico Cause di diminuzione della producibilità Con riferimento al collaudo finale dell impianto, che dovrà essere effettuato dall installatore, si dovranno attuare tutti gli accorgimenti necessari per massimizzare la produzione energetica. Tali accorgimenti consistono nel: curare l accoppiamento dei moduli FV per evitare il mismatching, collegando fra loro moduli con caratteristiche il più possibile similari; ottimizzare l accoppiamento tra campo FV ed inverter; evitare anomalie di funzionamento dei componenti dell impianto elettrico; rilevare l effetto di eventuali ombreggiamenti sui moduli.

44 Producibilità energetica di un impianto fotovoltaico Cause di diminuzione della producibilità Il guasto dei componenti dell impianto può causare la drastica diminuzione della produzione di energia con conseguente aumento degli oneri economici per l utente. Ove economicamente sostenibile sarà opportuno installare un sistema per il rilevamento dei guasti in grado di segnalare tempestivamente la mancata produzione. Il Bando prevede che alcuni impianti debbano essere opportunamente monitorizzati

45 Producibilità energetica di un impianto fotovoltaico Cause di diminuzione della producibilità Ombreggiamento sistematico dei moduli FV: L effetto delle ombre deve essere accuratamente tenuto in conto nel progetto dell impianto ed è in generale, dato l alto costo dell energia fotovoltaica, inaccettabile un ombreggiamento sistematico dei pannelli. Già in fase di studio preliminare occorre rilevare pertanto la presenza di eventuali ostacoli attraverso l uso di un inclinometro.

46 Producibilità energetica di un impianto fotovoltaico Cause di diminuzione della producibilità Operazione di rilevamento degli ostacoli allo scopo di valutare l'effetto dell'ombreggiamento sulla producibilità dell'impianto.

47 Cenni sulla scelta dei componenti dell impianto elettrico I componenti utilizzati devono essere dimensionati adeguatamente nel pieno rispetto della normativa vigente. Diodi di blocco: minima caduta di tensione; adatti a sostenere la corrente di stringa; adatti alla tensione di lavoro del campo; (Vd >> Vcampo) dotati di appositi dissipatori.

48 Cenni sulla scelta dei componenti dell impianto elettrico Sezionatori: dimensionati per tensione e la corrente del circuito elettrico. Scaricatori di sovratensione: adatti alla tensione di campo (non devono intervenire intempestivamente). Quadro di sottocampo: grado di protezione adatto; capace di dissipare il calore prodotto dai diodi. Cavi lato continua: devono minimizzare la caduta di tensione ed essere conformi alla normativa vigente tenuto conto in particolare delle condizioni di installazione (cavi per esterno, doppio isolamento, ecc.).

49 Cenni sulla scelta dei componenti dell impianto elettrico Interruttori del quadro corrente alternata: dimensionati per tensione e la corrente del circuito elettrico. Quadro corrente alternata: grado di protezione adeguato al sito di installazione; dimensioni contenute.

50 Cenni sulla scelta delle strutture di sostegno La struttura di sostegno dei moduli FV, e ciò che essa comporta in termini di messa in opera, può avere una notevole rilevanza nel bilancio economico dell impianto. Le strutture a tetto piano per la semplicità di installazione, a parità di potenza installata, risultano essere meno onerose in fase di installazione, sebbene il peso e quindi il costo del materiale possa risultare più alto. Altre tipologie strutturali potranno essere adottate in base alle richieste dell utente ed alle caratteristiche dell edificio oggetto dell intervento, previa valutazione economica inclusiva delle eventuali opere civili necessarie per la messa in opera. In determinate situazioni, il montaggio delle strutture può implicare procedure autorizzative di tipo urbanistico/ambientale che possono contribuire all incremento dei costi complessivi.

51 Cenni sulla scelta delle strutture di sostegno Tipico esempio di impianto su tetto piano.

52 Cenni sulla scelta delle strutture di sostegno Tipico esempio di impianto su tetto piano.

53 Cenni sulla scelta delle strutture di sostegno Esempio di impianto su tetto piano.

54 Punto di allacciamento alla rete L allacciamento dell impianto fotovoltaico alla rete di distribuzione avviene in bassa tensione in un impianto utilizzatore già alimentato dalla rete; pertanto attraverso il punto di consegna, che costituisce il punto di separazione tra la rete e l impianto del cliente, possono verificarsi alternativamente flussi di energia nei due sensi (da e verso la rete). La norma CEI indica la configurazione schematica di un sistema di produzione generico funzionante in parallelo alla rete e quello specifico per gli impianti di produzione statici che comprendono i fotovoltaici.

55 Punto di allacciamento alla rete L impianto fotovoltaico viene connesso elettricamente alla rete di proprietà dell'utente a valle del dispositivo generale di utente di controllo e misura, di proprietà del distributore della rete, ed a monte del dispositivo di protezione della rete di utente. Tale punto di connessione garantisce: che la linea proveniente dall impianto FV sia protetta da un differenziale, nella piena osservanza dei criteri di sicurezza elettrica imposti dalle normative vigenti. la continuità della produzione di energia anche quando l utente dovesse staccare il proprio differenziale generale (ad esempio per manutenzioni interne o in caso di assenze prolungate, ferie, ecc.).

56 Rappresentazione schematica della configurazione di un sistema di produzione funzionante in parallelo alla rete pubblica.

57 Schema di collegamento e di protezione dei sistemi di produzione statici a commutazione naturale funzionanti in parallelo alla rete pubblica di I categoria.

58 FINE TERZA PARTE