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