Impianti fotovoltaici in rete Residenziali e Commerciali in Europa, SolarEdge vs Concorrenza

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1 Impianti fotovoltaici in rete Residenziali e Commerciali in Europa, SolarEdge vs Concorrenza Lior Handelsman, Shalhevet Bar-Asher SolarEdge Premessa Gli impianti fotovoltaici residenziali e commerciali attualmente sul mercato sono caratterizzati da numerosi problemi che impediscono loro di realizzare il proprio massimo potenziale, e presentano ostacoli per l'ulteriore diffusione sul mercato. Molti di questi problemi sono il risultato di perdite di potenza, limiti e restrizioni alla progettazione dell'impianto, e della mancanza di strumenti di monitoraggio ed analisi. Inoltre, la mancanza di caratteristiche di sicurezza può rappresentare un rischio sia per gli installatori che per gli addetti alla manutenzione, oltre che per i vigili del fuoco chiamati ad affrontare un incendio nelle vicinanze degli impianti fotovoltaici 1. Il sistema di raccolta dell'energia distribuita di SolarEdge Technologies rappresenta l'unica architettura che offre una soluzione a tali problemi completa, solida ed efficace in termini di costo. Questo documento presenta i vantaggi offerti dal sistema SolarEdge Technologies nell'affrontare i vari problemi descritti, in confronto ai sistemi concorrenti, sia per quanto riguarda le configurazioni residenziali che per quelle commerciali. L'attuale struttura degli impianti fotovoltaici Gli impianti fotovoltaici residenziali e commerciali attuali sono di norma costituiti da un minimo di dieci fino ad alcune centinaia di moduli fotovoltaici collegati in serie parallele. Diversi moduli (solitamente dai 10 ai 15) sono collegati in serie, a formare una stringa, per raggiungere una tensione sufficientemente alta da consentire una efficiente conversione di corrente CC/CA. Questa tensione è solitamente compresa tra i 150V e i 900V - mentre 600V rappresenta il limite massimo usuale per la tensione delle stringhe sulla base delle attrezzature attualmente disponibili. E' possibile aumentare la potenza dell'impianto aggiungendo ulteriori stringhe in parallelo. Uno schema riassuntivo di un simile impianto è indicato nella Figura 1. Dato che le stringhe sono collegate in parallelo, ogni stringa deve avere la medesima tensione al fine di poter produrre energia in maniera efficiente. Di norma ciò comporta l'esatto appaiamento dei moduli per marca e modello, lunghezza della stringa e condizioni di ombreggiatura, per citare solo alcuni parametri. L'intero gruppo viene quindi collegato ad un inverter solare che è responsabile della raccolta della energia elettrica e della sua conversione in corrente alternata, così da poter essere introdotta nella rete. Se un gruppo consiste di due stringhe con caratteristiche di tensione operativa differenti (es. modello del modulo o suo orientamento), saranno necessari due inverter. 1

2 Stringa panello Figura 1 - impianto fotovoltaico a stringhe multiple Inverter Il collegamento in serie di ciascuna stringa pone inoltre problemi che riducono la potenza massima disponibile per la conversione. Ciò nasce dal fatto che il medesimo ammontare di corrente fluisce attraverso tutti i moduli di ciascuna stringa, impedendo la massimizzazione della potenza dei singoli moduli. ~ Il buon funzionamento dei componenti di Equilibrio dell'impianto, e tra questi l'inverter, è della massima importanza per il rendimento complessivo e la longevità di un impianto fotovoltaico 2. L'approccio SolarEdge per una architettura distribuita contribuisce a migliorare il rendimento dell'impianto. Inoltre, la qualità dell'installazione è di vitale importanza per il rendimento dell'impianto. Come verrà dimostrato nel prosieguo di questo documento, i sistemi SolarEdge consentono una installazione semplificata, ponendo così minori complicazioni ed errori potenziali. Le sezioni seguenti mostreranno come la soluzione SolarEdge conduce ad una più elevata efficienza dell'impianto ed a sostanziali risparmi sui costi rispetto alle soluzioni offerte dalla concorrenza, sia per quanto riguarda i siti residenziali (case e fattorie) che quelli commerciali. La differenza di SolarEdge Con l'introduzione di una architettura di raccolta dell'energia distribuita, il sistema SolarEdge supera le limitazioni presenti negli impianti fotovoltaici attuali. Anziché utilizzare un dispositivo unico per la raccolta di energia - un inverter - per l'intero gruppo, SolarEdge suddivide le funzioni di raccolta dell'energia tra due dispositivi: Unità di Aggancio del Punto di Massima Potenza (MPPT) integrate a livello di modulo. Queste unità ottimizzano la produzione di energia di ciascun modulo. Inverter centrale: L'inverter SolarEdge gestisce solo la conversione da corrente continua in corrente alternata - non gli schemi MPPT ad elevata potenza. Inoltre, dato che questa conversione viene gestita ad una tensione di corrente continua fissa, l'inverter può essere un dispositivo più semplice ed economico. 2

3 Esempio di un impianto residenziale - casa in GroßStove, Germania In questo caso, abbiamo un tetto in Germania che è adatto all'installazione di un impianto fotovoltaico. Andiamo ad analizzare come l'utilizzo di diversi approcci alla progettazione influisce sulla configurazione dell'impianto e sulla produzione di energia del sito e sulle relative esigenze di cablaggio. Descrizione del sito: la casa viene mostrata nella Figura 2. Lo schema del tetto viene mostrato nella Figura 3. Il tetto ha una altezza di 9 metri ed una larghezza di 21 metri, e sono presenti diversi comignoli, tubature e finestre che creano ombra e pongono delle difficoltà di progettazione. Metteremo a confronto tre diverse impostazioni che possono essere applicate a questo tetto. La prima, si basa sugli inverter tradizionali di un, omettendo i moduli soggetti ad ombreggiamento (Ombreggiamento Ignorato), la seconda si basa sui medesimi inverter della concorrenza, ma il tetto viene coperto completamente, e la terza si basa sull'utilizzo del sistema SolarEdge. L'inverter utilizzato nei primi due casi è quello di uno dei maggiori produttori di inverter tradizionali. Quest'ultimo modello è stato lanciato nel 2010, ed è dotato di "agganci" multipli al punto di massima potenza (MPPT). I suoi parametri solo elencati nella Tabella 1: Tensione minima dell'inverter Tensione massima dell'inverter Tabella 1 - parametri dell'inverter 150 V V In tutti e tre i casi si tratta di moduli ampiamente utilizzati i cui parametri sono elencati nella Tabella 2. Tutti i parametri presuppongono una tensione di rete a 240V. Figura 2 - foto della casa in Germania Dimensioni fisiche Potenza Vmpp (@ STC) Voc (@ STC) β = Coefficiente di deriva termica di tensione Tabella 2 - parametri del modulo 160*100 cm 230 W 28,8 V 36,4 V %/ C Figura 3 - schema del tetto in Germania Utilizzando moduli comuni da 1,6x1m, il tetto è in grado di accogliere un massimo di 128 moduli. Di questi moduli, 26 sono soggetti ad ombreggiamento parziale a causa degli ostacoli situati sul tetto. Uno schema del tetto che mostra il posizionamento dei moduli è indicato dalla Figura 4. I moduli parzialmente in ombra sono indicati con una linea rossa. Sulla base dei parametri indicati nelle Tabelle 1 e 2, è possibile calcolare il numero massimo e minimo di moduli per stringa possibile per gli inverter della concorrenza, sulla base dei seguenti calcoli: 1. Voc (Voc effettivo con temperatura ridotta) = Voc * (1 + β * [temperatura minima ambientale - STC temp]) = 40,6 V (presupponendo una temperatura minima ambientale di -10 C). 2. Vmpp (Vmpp effettivo con temperatura ridotta) = Vmpp * (1 + β * [temperatura massima ambientale - STC temp]) = 24,5 V (presupponendo una temperatura massima ambientale di 70 C). 3. Numero massimo di moduli per stringa = tensione massima dell'inverter / Voc'. 4. Numero minimo di moduli per stringa = tensione minima dell'inverter/vmpp'. Le dimensioni finali della stringa solo elencate nella Tabella 3. Numero minimo di moduli per stringa 7 Numero massimo di moduli per stringa 24 Figura 4 - schema del tetto con i moduli Tabella 3 - limiti di dimensione della stringa 3

4 La tecnologia SolarEdge consente un numero molto maggiore di moduli (da 10 a 42) per stringa per i tipi selezionati di moduli, quando collegati ad un inverter trifase. Utilizzando i summenzionati limiti di dimensione della stringa, abbiamo raggruppato i moduli in stringhe così come esposto nelle Figure 5-7. Queste figure mostrano inoltre, in maniera schematica, le esigenze di cablaggio di ciascuna configurazione. Notare che le linee rappresentano collegamenti logici, e non indicano l'effettivo posizionamento dei cavi. Le linee rosse e nere segnano tutti i collegamenti all'inverter della stringa; quelle rosse rappresentano i collegamenti positivi, mentre quelle nere i collegamenti negativi. I cavi da modulo a modulo non sono indicati, ma rappresentati dal numero del modulo (ad esempio, nella stringa A, il modulo A1 è collegato al Modulo A2 che è collegato al Modulo A3, e così via). I cerchi grigi rappresentano il condotto di entrata dei cavi nella casa. Tutti i moduli che appartengono alla medesima stringa hanno lo stesso colore, e tutte le stringhe collegate al medesimo inverter sono colorate di sfumature diverse dello stesso colore (ad esempio, blu chiaro e blu scuro). Il caso di Ombreggiamento Ignorato presuppone che i moduli vengano installati solamente dove questi non saranno soggetti ad ombreggiamento parziale. I moduli grigi rappresentano le posizioni che rimangono prive di moduli. Questa impostazione utilizza due inverter da 12kW. Tre stringhe da 17 moduli sono collegate a ciascun inverter. A5 A6 A7 B6 B7 B8 B9 C9 C10 D5 D6 E5 E6 E7 E8 E9 F9 A4 A9 A8 B5 B10 C4 C8 C11 D4 E12 E10 F8 F10 A3 A10 A11 A12 B4 B12 B11 C3 C5 C7 C12 D3 D7 D9 D10 A13 C6 D8 E4 E3 E15 E14 E13 E11 F7 F11 A2 A16 A15 A14 B2 B3 B13 C2 C16 C15 C13 D2 D15 D14 D11 E2 E16 F2 F3 F4 F5 F6 F12 A1 A17 B1 B17 B16 B15 B14 C1 C17 C14 D1 D17 D16 D13 D12 E1 E17 F1 F17 F16 F15 F14 F13 Figura 5 - Impostazione con il sistema di Ombreggiamento Ignorato Il caso di Tetto Completo utilizza tre inverter da 10kW. Due stringhe da 21/22 moduli sono collegate a ciascun inverter. A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 B11 B12 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 F10 F11 F12 A4 A19 A18 A13 B10 B13 C18 C17 C16 E4 E16 E15 E12 F9 F13 A3 A20 A17 A16 A14 B8 B9 B14 C3 D4 D5 D8 C15 D13 D14 A15 C19 C14 E3 E19 E18 E17 E14 E13 F8 F14 A2 A21 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B17 B15 C2 C20 D2 D3 D6 D7 D9 D10 D11 D12 D15 E2 E20 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F15 A1 A22 B1 B22 B21 B20 B19 B18 B16 C1 C21 D1 D21 D20 D19 D18 D17 D16 E1 E21 F1 F21 F20 F19 F18 F17 F16 Figura 6 - Impostazione con il sistema di Tetto completo Il caso SolarEdge utilizza tre inverter da 10kW. Due stringhe singole da 42 moduli sono collegate ad un inverter ciascuna, mentre il terzo inverter è collegato a due stringhe da 22 moduli. A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 B11 B12 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 A4 A19 A18 A13 B10 B13 C34 C33 C26 D4 D31 D30 D23 D22 D15 A3 A20 A17 A16 A14 B8 B9 B14 C3 C35 C32 C27 C25 C14 C15 A15 C40 C20 D3 D38 D37 D32 D29 D24 D21 D16 A2 A21 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B17 B15 C2 C41 C39 C36 C31 C28 C24 C21 C19 C17 C16 D2 D39 D40 D36 D33 D28 D25 D20 D17 A1 A22 B1 B22 B21 B20 B19 B18 B16 C1 C42 C38 C37 C30 C29 C23 C22 C18 D1 D42 D41 D35 F34 F27 F26 F19 F18 Figura 7 - Impostazione con il sistema SolarEdge Dato che l'ombreggiamento parziale in questo sito è considerevole, abbiamo calcolato l'energia prodotta in ciascun caso, tenendo conto delle mutate condizioni di ombreggiamento nel corso della giornata. Abbiamo altresì calcolato le esigenze di cavi per ciascun caso. I risultati di questi calcoli sono esposti nella Tabella 4: Soluzione Progetto tradizionale, ombreggiamento ignorato Progetto tradizionale, tetto completo Progetto SolarEdge Potenza installata 23,46 kw 79.7% 29,44 kw 100% 29,44 kw 100% Energia annua 3 28,15 kwh 86.3% 32,61 kwh 100% 34,55 kwh 106.6% Tabella 4 - produzione di energia e requisiti di cablaggio Costo BoS 3 invertitori Cablaggio: 100m 3 invertitori Cablaggio: 76m 3 invertitori Cablaggio: 62m I progetti che utilizzano i maggiori invertitori tradizionali ottengono due ammontari di energia prodotta molto differenti, a seconda del trattamento dei moduli parzialmente in ombra e, successivamente, dell'impatto della loro performance su rendimento dell'intero impianto. Ma l'impianto SolarEdge produce più energia anche rispetto al migliore esempio tra quelli della concorrenza, che si avvalgono di multipli inverter MPPT. Il vantaggio offerto da SolarEdge è il 6-7% di energia in più. Contemporaneamente il sistema SolarEdge richiede il 20% di cavi in meno, con conseguente minor manodopera. 4

5 Esempio di impianto residenziale - fattoria in Germania In questo caso, abbiamo una comune fattoria con un impianto installato. Utilizzeremo lo schema dei moduli dell'impianto mostrato qui sotto, ed analizzeremo come l'utilizzo di inverter diversi impatta sullo schema dell'impianto e quindi sui costi, cavi e manodopera richiesti. Descrizione del sito: la fattoria, con il suo impianto installato composto da 40 moduli, è mostrata nella Figura 8. Lo schema del tetto viene mostrato nella Figura 9. Le dimensioni del tetto sono pari a 6,8m di altezza e 8,6m di larghezza. Tensione minima dell'inverter Tensione massima dell'inverter I moduli utilizzati sono ampiamente diffusi ed i loro parametri sono elencati nella Tabella 6. Tutti i parametri presuppongono una tensione di rete a 240V. Dimensioni fisiche Potenza Vmpp (@ STC) Voc (@ STC) A β = Coefficiente di deriva termica di tensione Tabella 6 - parametri del modulo B, tipo inverter 1 160*80 cm 175 W 35,9 V 44,3 V B, tipo inverter V 224 V 125 V 600 V 600 V 550 V -0,38%/ C Figura 8 - foto dell'installazione presso la fattoria in Germania Sulla base dei parametri indicati nelle tabelle 5 e 6, i seguenti valori sono stati calcolati secondo le indicazioni fornite nella sezione precedente: 1. Voc (Voc effettivo con temperatura ridotta) = 51,03 V 2. Vmpp (Vmpp effettivo con temperatura ridotta) = 34,53 V 3. Numero massimo di moduli per stringa = tensione massima dell'inverter / Voc' 4. Numero minimo di moduli per stringa = tensione minima dell'inverter / Vmpp' Le cifre finali ottenute sono elencate nella Tabella 7. Figura 9 - schema dell'installazione presso la fattoria in Germania Metteremo a confronto tre sistemi con lo schema esistente dei moduli, due dei quali utilizzano inverter della concorrenza ed uno il sistema SolarEdge. Come nel caso precedente, è necessario calcolare le lunghezze delle stringhe al fine di progettare l'architettura di sistema, e queste dipendono dai parametri dell'inverter e del modulo. Sono stati selezionati due inverter di uno tra i maggiori produttori. I loro parametri solo elencati nella Tabella 5: Tabella 5 - parametri dell'inverter Numero minimo di moduli per stringa Numero massimo di moduli per stringa A B, tipo inverter 1 Tabella 7 - limiti di dimensione della stringa B, tipo inverter

6 La tecnologia SolarEdge consente un numero molto maggiore di pannelli per stringa, dai 6 ai 25. Utilizzando i summenzionati limiti di dimensione della stringa, abbiamo raggruppato i moduli in stringhe così come esposto nelle Figure Tutti gli impianti hanno il medesimo numero di moduli e possono quindi produrre il medesimo ammontare di energia, ma le esigenze in fatto di cablaggio sono differenti da sistema a sistema in conformità alla rispettiva architettura. Lo schema del cablaggio è anch'esso indicato in queste figure. Notare che le linee rappresentano collegamenti logici, e non indicano l'effettivo posizionamento dei cavi. Le linee rosse e nere segnano tutti i collegamenti all'inverter della stringa; quelle rosse rappresentano i collegamenti positivi, mentre quelle nere i collegamenti negativi. I cavi da modulo a modulo non sono indicati, ma rappresentati dal numero del modulo (ad esempio, nella stringa A, il modulo A1 è collegato al Modulo A2 che è collegato al Modulo A3, e così via). Il cerchio giallo rappresenta il condotto di entrata dei cavi nella casa. Tutti i moduli che appartengono alla medesima stringa hanno lo stesso colore, e tutte le stringhe collegate al medesimo inverter sono colorate di sfumature diverse dello stesso colore (ad esempio, blu chiaro e blu scuro). L'impostazione della società A richiede un inverter da 8,4kW (tutte le stringhe sono collegate a questo inverter, ma le limitazioni della capacità dei cavi richiedono due collegamenti all'inverter, ognuno per due stringhe, e non un unico cavo che unisce tutte e quattro le stringhe). A4 A3 A2 A1 Figura 11 - Schema della società B L'impostazione SolarEdge richiede un inverter da 5kW (per la stringa rossa) ed uno da 3,3kW (per la stringa blu). A9 A8 A3 A2 A5 A6 A7 A8 A10 A7 A4 A1 B4 B3 B2 B1 A11 A6 A5 A16 Figura 12 - Schema del sistema SolarEdge B5 B6 B7 B8 A12 A13 A14 A15 C6 C5 C2 C1 B4 B3 B2 B1 Un calcolo delle esigenze di cablaggio per ciascuno dei sistemi è esposto nella Tabella 8. C7 C4 C3 C12 B5 B14 B15 B24 C8 C9 C10 C11 B6 B13 B16 B23 D6 D5 D2 D1 B7 B12 B17 B22 D7 D4 D3 D12 B8 B11 B18 B21 D8 D9 D10 D11 B9 B10 B19 B20 A4 A5 A6 B5 B6 C4 C5 C6 D5 D6 A B SolarEdge A3 A2 A8 A9 A7 B2 B4 B3 B7 B8 C3 C2 C8 C9 C7 D2 D4 D3 D7 D8 Potenza (W) Cablaggio totale 20,8 m 20,8 m 17,6 m 100% 100% 84.6% A1 A10 B1 B10 B9 C1 C10 D1 D10 D9 Tabella 8 - Requisiti di cablaggio per l'installazione nella fattoria in Germania Figura 10 - Schema della società A L'impostazione della società B richiede un inverter da 4,3kW (le due stringhe blu sono collegate a questo inverter) ed un inverter da 2,7kW (per le due stringhe rosse). Anche in questo caso, come evidenziato nella Tabella 8, il sistema SolarEdge riduce l'ammontare di cavi necessario, utilizzando il 15% in meno di cavi rispetto ai sistemi della concorrenza. Ciò semplifica l'installazione, il che si traduce in risparmio nel costo di manodopera, oltre che in risparmio in termini di costo di cablaggio. Naturalmente, con l'aumentare delle dimensioni degli impianti il risparmio diventa più consistente. 6

7 Esempio di un impianto residenziale - fattoria in Spagna In questo caso, abbiamo una fattoria con un impianto fotovoltaico esistente. Metteremo a confronto l'impostazione attuale dell'impianto (moduli, stringhe, cavi ecc.) con un sistema che utilizza il medesimo schema dei moduli, ma con inverter SolarEdge. Descrizione del sito: la fattoria, con il suo impianto installato composto da 120 moduli, è mostrata nella Figura 13. Un modello tridimensionale della fattoria viene esposto nella Figura 14 ed uno schema del tetto viene mostrato nella Figura 15, dove il cerchio grigio indica il condotto di entrata dei cavi. Le dimensioni del tetto sono pari a 6m di altezza e 40m di larghezza. Il tetto non è esposto nella direzione ottimale per un impianto solare, quindi i pannelli sono stati collocati su di un piano inclinato e non direttamente sul tetto. Figura 13 - foto dell'installazione presso la fattoria in Spagna sono elencati nella Tabella 9. Dimensioni fisiche Potenza Isc (@ STC) Voc (@ STC) Tabella 9 - parametri del modulo 160*80 cm 150 W 4,9 A 43,8 V Il progetto attuale dell'impianto è esposto nella Figura 16. Le stringhe sono colorate, alternativamente, di grigio e di bianco. Le linee blu rappresentano i collegamenti da modulo a modulo, mentre le linee rosse e nere segnano tutti i collegamenti all'inverter della stringa; quelle rosse rappresentano i collegamenti positivi, mentre quelle nere i collegamenti negativi. Le caratteristiche dell'impianto sono dettagliate nella Tabella 10: Numero di inverter 6 Numero di stringhe per inverter 2 Numero di stringhe 12 Numero di moduli per stringa 10 Potenza per stringa Potenza per inverter Potenza complessiva dell'impianto 1500 W 3000 W W Tabella 10 - Caratteristiche dell'impianto della concorrenza N Figura 14 - modello tridimensionale dell'installazione presso la fattoria in Spagna N Figura 16 - Schema dell'impianto della concorrenza 6m 40m Figura 15 - schema dell'installazione presso la fattoria in Spagna I parametri dei moduli installati in questo impianto 7

8 A causa di perdite nel cablaggio che aumentano con l'aumentare della distanza, i cavi che collegano le stringhe più lontane hanno una portata maggiore rispetto ai quelli che collegano le stringhe più vicine. La Tabella 11 elenca i vari tipi di cavi utilizzati in questa installazione. Stringhe Prime sei (a partire dal lato sud) Le successive 4 le ultime due Anche nell'impianto SolarEdge i cavi utilizzati sono di portata diversa, come esposto nella tabella 13: Stringhe Prime due (a partire dal lato sud) Due di mezzo le ultime due Cablaggio 6 mm2 10 mm2 16 mm2 Tabella 13 - Schema di cablaggio dell'impianto SolarEdge Dopo aver stabilito le esigenze di cablaggio in entrambi gli schemi, viene effettuato un confronto. Tale confronto viene esposto nella Tabella 14: Tabella 11 - Schema di cablaggio della società Nel pianificare un impianto SolarEdge per questo schema di moduli, gli installatori possono ottenere un progetto molto più semplice. Ciò in quanto la tecnologia SolarEdge è l'unica a consentire a stringhe di differenti lunghezze di collegarsi al medesimo inverter. L'impostazione del sistema SolarEdge è esposta nella Figura 17. Le caratteristiche dell'impianto sono dettagliate nella Tabella 12: Numero di inverter Numero di stringhe per inverter Numero di stringhe Numero di moduli per stringa Potenza per stringa Potenza per inverter Potenza complessiva dell'impianto Cablaggio 6 mm2 10 mm2 16 mm2 6 mm2 10 mm / / 3600 W 6000 W W 16 mm2 Prezzo complessivo del cablaggio ( ) 66,8 m 100 % ,85 m 100% ,35 m 100 % SolarEdge 20,95 m % ,7 m 54.9% ,45 m 85 % Tabella 14 - Requisiti di cablaggio per l'installazione nella fattoria in Spagna Il prezzo complessivo di cablaggio dell'impianto SolarEdge è il 60% di quello della. Questa differenza risulta ancora più significativa quando vengono installati centinaia di impianti. Inoltre, il progetto dell'impianto SolarEdge è più semplice, con conseguente più facile implementazione. Ciò si traduce in risparmio nel costo di manodopera, oltre che in risparmio in termini di costo di cablaggio. Tabella 12 - Caratteristiche dell'impianto SolarEdge N Esempio di impianto commerciale Un impianto solare commerciale può variare da alcune centinaia sino a decine di migliaia di moduli solari. I moduli sono riuniti in stringhe, che a loro volta sono riunite in sistemi. Oltre alle limitazioni elencate precedentemente, i fusibili e le scatole dei fusibili hanno una importanza vitale nel progettare lo schema di un impianto commerciale, a causa della corrente ad alta tensione ivi presente. Figura 17 - Schema del sistema SolarEdge 8

9 I moduli utilizzati per i confronti degli impianti commerciali sono moduli ampiamente diffusi a pellicola sottile ed i loro parametri sono elencati nella Tabella 15. Dimensioni fisiche Potenza Voc Vmpp Isc Coefficiente di deriva termica di tensione 60*120 cm 70 W 89 V 67,1 V 1,19 A Tolleranza di corrente 10% Tolleranza di tensione 10% Amperaggio massimo dei fusibili Tabella 15 - caratteristiche del modulo - 0,25%/ C 10 A I calcoli effettuati al fine di stabilire l'impostazione dell'impianto della società sono: 1. Voc (Voc effettivo considerando i cambiamenti di temperatura) = Voc * (1 + Coefficiente di deriva termica di tensione * [temperatura ambientale minima - STC temp]) = 97,9 V (presupponendo una temperatura minima ambientale di -15 C). 2. Vmpp (Vmpp effettivo considerando i cambiamenti di temperatura) = Vmpp * (1 + Coefficiente di deriva termica di tensione * [temperatura ambientale minima - STC temp]) = 73,81 V (presupponendo una temperatura ambientale minima di -15 C). 3. Imax = Isc * 1,25 (si tratta della corrente massima consentita dalla IEC) = 1,49 A. 4. Numero di moduli per stringa = 10, in quanto il minore tra: a / Voc = 10 (1000 è il limite Voc massimo della stringa) b. 820/Vmpp = 11 (820 è il limite Vmpp massimo della stringa) 5. Numero di stringhe per insieme = 12 (si tratta del numero solitamente usato) 6. Corrente del fusibile = numero di stringhe per insieme * Imax = 17,88 A 7. Numero di insiemi per scatola dei fusibili = corrente della scatola dei fusibili * 0,95 / corrente del fusibile Una scatola dei fusibili standard è da 100A, e funziona a non più del 95% della propria capacità (il massimo consentito) che corrisponde a 5 insiemi per scatola dei fusibili. In un sistema SolarEdge, la corrente del fusibile e della scatola dei fusibili non sono un fattore utile nella determinazione dell'impostazione 9 dell'impianto a causa della loro progettazione elettronica che impedisce alla corrente di ritornare indietro attraverso i moduli. Invece, la portata di corrente dei cavi ha un ruolo, come si evidenzia nei seguenti calcoli, che determina impostazione dell'impianto SolarEdge: 1. Corrente massima attraverso i cavi = portata di corrente dei cavi * 0,8 (a causa del limite dell'80% della capacità). Assumendo un cablaggio da 20A, che rappresenta lo standard per gli impianti fotovoltaici, viene prodotto un massimo di 16A di corrente. 2. Numero di moduli per insieme: a. Numero di stringhe per insieme * corrente massima della stringa (Imax) Corrente massima che attraversa i cavi b. Imax = numero dei moduli per stringa * potenza del modulo / 800 V (800 V rappresenta la tensione ottimale a corrente continua in entrata per la conversione in 240 VAC) Ciò comporta la seguente limitazione: numero di moduli per stringa * numero di stringhe per insieme = numero di moduli per insieme 182. Il sistema SolarEdge accetta lunghezze diverse di stringa nel medesimo insieme; pertanto, questi 182 moduli possono essere divisi in 3 stringhe da 50 moduli ciascuna (la lunghezza massima della stringa in un impianto commerciale SolarEdge) ed una stringa da 32 moduli. Ciò porta ad un Imax = 4,37 A o 2,8 A, a seconda della dimensione della stringa. 3. Numero di insiemi per scatola dei fusibili = corrente della scatola dei fusibili * 0,8 / corrente dell'insieme La corrente dell'insieme è data da 3 * 4,37 + 2,8A ed una scatola dei fusibili standard è da 100A, e funziona a non più del 80% della propria capacità (il massimo consentito) che corrisponde a 5 insiemi per scatola dei fusibili. Mostreremo di seguito come i risultati di questi calcoli impattano sul possibile schema di uno degli esempi di impianto, una installazione commerciale da 250kW. Le cifre riportate nella Tabella 16 sono state ottenute: SolarEdge Moduli per stringa / 32 Stringhe per insieme 12 4 Insiemi per scatola dei fusibili Tabella 16 - Caratteristiche del sistema 5 5

10 Una volta che le cifre sono a disposizione, è possibile progettare lo schema dell impianto. Inizieremo con in descrivere lo schema che utilizza l'inverter della. I moduli in ciascuna stringa (10 moduli) sono collocati uno sopra l'altro, in gruppi di quattro. I gruppi di quattro sono allineati uno a fianco all'altro e sono installati su di un piano inclinato (per il clima europeo viene di norma usato un piano inclinato a 50 gradi). Le stringhe vengono allineate una a fianco all'altra, a formare un insieme. Una foto di uno schema tipico è visibile nella Figura 18. Al fine di evitare ogni problema di ombreggiamento, lasciamo tra le file di insiemi una distanza basata sulla altezza della stringa. Nel caso in esempio, tale distanza è di 2,4m. Uno schema di un insieme visto dall'alto e di lato, consistente in 12 stringhe da 10 moduli ciascuna, riferito alle cifre dell'impianto della, è visibile nella Figura 19. Ciascuna stringa viene evidenziata con una linea spessa; le dimensioni non sono in scala. 250kW, come quella in esempio, sono richieste 8 di queste file. Questo numero si ottiene come segue: 1. Potenza per insieme = moduli per insieme * potenza per modulo = 8400 W. 2. Potenza per scatola dei fusibili = insiemi per scatola dei fusibili * potenza per insieme = 42 kw. 3. Numero di scatole dei fusibili = potenza complessiva del sito / corrente della scatola dei fusibili = 6 Ciò porta all'impostazione descritta nella Figura 20. Lo schema è puramente indicativo e le dimensioni non sono in scala. Simboli: C Insieme (cluster), FB scatola dei fusibili (fuse box). N + FB6 FB1 ~ 112 m 36 m 2,4 m C1 C3 C26 C28 C2 C4 C27 C29 1,54 m C5 C30 47,3 m Figura 20 - Schema dell'impianto Passiamo ora a descrivere lo schema che utilizza la soluzione SolarEdge. Gli insiemi sono costituiti come descritto qui sopra, dove tre stringhe in ciascun insieme hanno 50 moduli ciascuna, mentre una stringa di ciascun insieme ha 32 moduli. Lo schema di un insieme visto dall'alto e di lato è esposto nella Figura 21. Ciascuna stringa è evidenziata con una linea spessa. 4* 0, 4* 0, Vista di lato Spazio lasciato vuoto a causa dell'ombreggiamento 500 Vista dall'alto 2,4m 6 stringhe aggiuntive 1,54 m 0,6m 1,2m 1,54m 6= 2, 4 1,54 m Vista dall'alto 2,4m m 500 1,84 m Vista di lato 1,84 m 6= 2, 4 m Figura 18 - foto di una installazione tipo Spazio lasciato vuoto a causa dell'ombreggiamento 36m 1,54m Figura 19 - Schema dell'insieme Al livello successivo, gli insiemi che sono collegati alla medesima scatola dei fusibili sono allineati uno vicino all'altro (o uno dietro l'altro o uno a fianco all'altro, a seconda delle dimensioni del sito). Gli insiemi che utilizzano una scatola dei fusibili diversa sono allineati in una fila dietro alla prima fila di insiemi, e così via. In una installazione da 32 pannelli 50 pannelli 50 pannelli 50 pannelli 55,2m Figura 21 - Schema dell'insieme SolarEdge Per stabilire il numero di scatole di fusibili necessarie nel sistema SolarEdge, seguiamo i calcoli descritti 10

11 qui sopra, che portano ad un risultato di 4. Ciò porta all'impostazione descritta nella Figura 22. Anche in questo caso, lo schema è puramente indicativo e le dimensioni non sono in scala. 166,4 m 2,4 m 55,2 m C1 C2 1,54 m FB1 C3 C4 C5 Figura 22 - Schema dell'impianto SolarEdge C6 C7 FB2 Risulta evidente che l'impostazione SolarEdge richiede un cablaggio minore, dato che vi è un numero di scatole dei fusibili minore che porta ad un numero minore di insiemi - collegamenti alle scatole dei fusibili (eseguiti con cavi da 20A) ed un numero inferiore di scatole dei fusibili - cablaggio dell'inverter (eseguito con cavi da 100A). Il calcolo esatto, eseguito in base alle dimensioni ed agli schemi di cablaggio di cui alle Figure 19-22, porta alle cifre riportate nella Tabella 17: SolarEdge Cablaggio da 20A 864 m 883,2 m 100% 102% Cablaggio da 100A 91,44 m 39,04 m 100% 42.7% Scatole dei fusibili 6 4 Tabella 17 - Requisiti di cablaggio dell'impianto C8 C9 C10 47,3 m L'impostazione SolarEdge richiede solo il 2% in più di cavi da 20A ed il 60% in meno di cavi da 100A rispetto a quanto richiesto dall'impostazione della, e solo 4 scatole di fusibili anziché 6. I costi complessivi di cablaggio e scatole dei fusibili per ciascun impianto, oltre al prezzo per Watt di ciascun impianto, sono esposti nella C11 C12 FB3 C13 C14 C15 C16 C17 FB4 + C18 C19 C20 N ~ Tabella18. SolarEdge Prezzo del cablaggio ( ) Prezzo delle scatole dei fusibili ( ) Prezzo dell'impianto (cablaggio e scatole dei fusibili, ) prezzo per Watt ( /W) Tabella 18 - Costo dell'impianto L'utilizzo del sistema della società implica un 30% in più di spesa rispetto alla spesa che sarebbe sostenuta usando il sistema SolarEdge, per quanto riguarda cavi e scatole dei fusibili. Ciò comporta un prezzo per Watt che per SolarEdge è inferiore del 25% rispetto a quello della. Oltre ai risparmi ottenuti con SolarEdge ed esposti nella Tabella 18, il sistema SolarEdge consente risparmi considerevoli anche in termini di manodopera grazie al minor numero di cavi ed alla installazione più semplice. Conclusioni Abbiamo descritto e dimostrato i vantaggi dei sistemi SolarEdge Technologies rispetto ai sistemi delle altre maggiori società. Questi vantaggi sono presenti sia negli impianti residenziali (case e fattorie) che commerciali. Questi significativi vantaggi comprendono l'utilizzazione massima dell'impianto, un'architettura flessibile dell'impianto che comporta una utilizzazione ottimale dello spazio e risparmio sui costi di materiali e manodopera. Tutto ciò è possibile grazie all'architettura SolarEdge per la raccolta dell'energia distribuita, che offre una soluzione completa e solida ai problemi insiti altri sistemi. 1 Problemi e svantaggi negli attuali impianti fotovoltaici in rete commerciali ed industriali", SolarEdge Technologies (2008) 2 Installazioni fotovoltaiche, Una relazione sui progressi fatti", John C. Wiles, BillBrooks, Bob-O Schultze (2002) 3 In tutti i calcoli dell'energia annua, diamo per assunto che gli inverter della società non si blocchino mai sui livelli massimi locali. 11

12 Informazioni su SolarEdge SolarEdge produce componenti elettronici per la conversione energetica di nuova generazione che eliminano efficacemente tutte le limitazioni tipiche dei sistemi fotovoltaici. La tecnologia Smart DC dei nostri sistemi consente di incrementare la produzione di energia pulita pronta da immettere nella rete elettrica, a un costo per watt inferiore rispetto a quello offerto da qualsiasi altro produttore. La tecnologia SolarEdge riunisce i tradizionali flussi di lavoro e metodologie degli impianti fotovoltaici a un innovativo approccio olistico al sistema. Si tratta di una vera e propria rivoluzione che, da un lato, rompe gli schemi poiché offre notevoli vantaggi cambiando profondamente il modo in cui l'energia viene raccolta, distribuita, gestita ed erogata e, dall'altro, è complementare poiché si adatta al flusso di lavoro già in uso negli impianti fotovoltaici. In definitiva, noi di SolarEdge riteniamo che la robustezza della catena di produzione di energia fotovoltaica vada misurata in base al suo anello più debole. Adottando una filosofia che metta "il sistema al primo posto" identificando ed eliminando i punti deboli in ogni fase del processo, siamo in grado di produrre energia raccolta dal sole svincolata da qualsiasi limitazione. SolarEdge Technologies, Inc. Tutti i diritti riservati. SOLAREDGE, il logo SolarEdge e OPTIMIZED BY SOLAREDGE sono marchi di fabbrica o marchi di fabbrica registrati 12/2012. V.01. Soggetto a modifiche senza preavviso.