Energia solare Soluzioni in bassa tensione per un impianto fotovoltaico sicuro e affidabile

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1 Energia solare Soluzioni in bassa tensione per un impianto fotovoltaico sicuro e affidabile

2 Energia pulita e sicura L attenzione di ABB ai componenti di sistema Un impianto fotovoltaico trasforma in energia elettrica la luce solare catturata dai propri moduli. Questo processo è sempre più efficace grazie all evoluzione della tecnologia, che negli ultimi anni ha migliorato in modo significativo le caratteristiche di moduli e inverter per aumentare il rendimento energetico. Allo stesso modo la continuità di servizio dell impianto e il suo corretto funzionamento sono fattori altrettanto importanti per garantire i rendimenti attesi nel lungo periodo e questi fattori dipendono fortemente dall affidabilità dei componenti di protezione, comando, controllo e misura. Ecco perché lo sviluppo di soluzioni, sistemi e prodotti dedicati per realizzare impianti fotovoltaici affidabili, sicuri e in grado di rispondere in modo ottimale alle esigenze di progettisti e installatori è stato negli ultimi anni un obiettivo primario per ABB. 2 Energia solare

3 È proprio ciò che comunemente viene liquidato con l acronimo BOS (Balance of System, cioè Il resto del sistema ) a svolgere un ruolo fondamentale nel funzionamento di un impianto: le apparecchiature elettromeccaniche di protezione, comando, sezionamento e cavi, infatti, garantiscono un adeguata protezione delle persone e dei beni connessi all impianto, ma soprattutto assicurano l effettiva produzione di energia. Ogni singolo componente di un impianto fotovoltaico deve mantenere inalterate le proprie caratteristiche di funzionamento per tutta la vita utile. Rispetto a un normale impianto elettrico, il produttore ha il compito di garantire che i propri prodotti siano affidabili a lungo termine, per consentire il giusto ritorno dell investimento economico effettuato. ABB, sempre attenta alle nuove esigenze di mercato, ha sviluppato una gamma completa e affidabile di prodotti per applicazioni fotovoltaiche affinché tutte le esigenze impiantistiche siano soddisfatte, a partire dalla stringa sul lato in corrente continua, fino al punto di connessione alla rete in corrente alternata. Quadri di campo, interruttori magnetotermici, interruttori di manovra-sezionatori, interruttori differenziali puri, relè di interfaccia, contatori di energia, sezionatori fusibili e fusibili, scaricatori di sovratensioni, centralini e involucri idonei all utilizzo in esterno: sono tutti componenti dell offerta ABB, appositamente progettati per applicazioni fotovoltaiche di tutte le dimensioni. ABB, infatti, ha sviluppato una serie di soluzioni plug&operate (quadri finiti, cablati e certificati) per soddisfare le esigenze di ogni tipologia di impianto, dalla singola stringa in una struttura residenziale fino al parco solare di grandi dimensioni. Energia solare 3

4 Esempi di applicazioni fotovoltaiche Residenziale 20 kw BT 1 Id Prodotti di bassa tensione: 1 - Quadri di campo Quadri: serie Gemini Centralini: serie Europa Interruttori magnetotermici: S200 M UC Z Interruttori magnetotermici: S800 PV-S Sezionatori fusibili: E 90 PV Fusibili: E 9F PV 2 - Interruttori di manovra - sezionatori: OTDC Interruttori di manovra - sezionatori: S800 PV-M 3 - Scaricatori di sovratensione: OVR PV 4 - Interruttori differenziali puri: F200 tipo B 5 - Contatori di energia: EQmeters e trasformatori di corrente 6 - Contattori: serie AF 7 - Buffer CP-B 8 - CM-UFD.M Sezionatori fusibili: E Scaricatori di sovratensione: OVR T1 / T Interruttori magnetotermici differenziali: DS202C Energia solare

5 Gruppo di misura certificato UTF per energia prodotta 5 ID Contatore nel punto di connessione Energia solare 5

6 Esempi di applicazioni fotovoltaiche Commerciale kw BT/MT Prodotti di bassa tensione: 1 - Quadri di Campo 1500 VDC Quadri: serie Gemini; Centralini: serie Europa 2 - Sezionatori fusibili: E 90 PV; Fusibili: E 9F PV; Sezionatori: serie OTDC; Interruttori di manovra - sezionatori: S800 PV-M 3 - Sistema di misurazione della corrente: CMS 4 - Interruttori magnetotermici: S200 M UC Z Interruttori magnetotermici: S800 PV-S 5 - Sezionatori fusibili: E 90 PV; Fusibili: E 9F PV 6 - Scaricatori di sovratensione: OVR PV 7 - Interruttori di manovra-sezionatori: Tmax PV 8 - Monitor di isolamento: CM-IWN 9 - Interruttori automatici scatolati Tmax XT e Tmax T 10 - Interfaccia SPI+DD Contattori: serie AF; Buffer CP-B; CM-UFD.M Sezionatori fusibili: E 90; Scaricatori di sovratensione: OVR T1 / T Contatori di energia: EQ meters 13 - Blocchi differenziali: DDA 200 B; Interruttori differenziali puri: F200 tipo B; Interruttori magnetotermici: S 200; Interruttori automatici: Tmax XT e Tmax T 14 - Attuatore telefonico GSM: ATT Energia solare

7 Id Id ID ID+GPD 16 Monitoraggio stringhe: 15 - PLC AC Prodotti di media tensione: 16 - Sottostazione secondaria 17 - Trasformatori a secco 18 - Trasformatori in olio 19 - Quadri secondari 20 - Sistema protezione interfaccia: REF 542plus Energia solare 7

8 Esempi di applicazioni fotovoltaiche Grandi utenze > 1000 kw MT/AT Id Prodotti di bassa tensione: 1 - Quadri di Campo 1500 VDC Quadri: serie Gemini; Centralini: serie Europa 2 - Sezionatori fusibili: E 90 PV; Fusibili: E 9F PV Sezionatori: serie OTDC; Interruttori di manovra - sezionatori: S800 PV-M 3 - Sistema di misurazione della corrente: CMS; Sensori di corrente serie ES-VS 4 - Monitor di isolamento: CM-IWN 5 - Interruttori di manovra-sezionatori: Tmax PV 6 - Contattori: serie GAF, contattori su barra serie IOR Energia solare

9 Id ID+GPD ID+GPD Quadri System pro E power 8 - Interruttori automatici scatolati Tmax XT, Tmax T e interruttori automatici aperti Emax e Emax Stazione Megawatt 10 - Sezionatori fusibili: E Scaricatori di sovratensione: OVR T1 / T Contattori: serie AF 13 - Interruttori automatici aperti: Emax e Emax Contatori di energia: EQ meters 15 - Attuatore telefonico GSM: ATT 0-16 Monitoraggio stringhe: 16 - PLC AC500 Prodotti di media tensione: 17 - Sottostazione secondaria 18 - Trasformatori a secco 19 - Trasformatori in olio 20 - Quadri secondari 21 - Sistema protezione interfaccia REF 542plus 22 - Sottostazione Energia solare 9

10 Corrente Continua Monitoraggio, controllo e protezione dell impianto fotovoltaico I moduli di un impianto fotovoltaico sono collegati tra loro attraverso circuiti in corrente continua che costituiscono stringhe che sono a loro volta connesse agli ingressi dedicati degli inverter. Questi circuiti sono alimentati da generatori caratterizzati da tensioni d esercizio variabili in funzione del dimensionamento iniziale e della temperatura ambientale dei moduli. Qui le correnti di corto circuito sono prossime alle correnti nominali e, soprattutto nel caso di impianti di grandi dimensioni, i circuiti in corrente continua possono essere interessati da sovratensioni di origine atmosferica. È quindi necessario risolvere alcune problematiche come la protezione da sovracorrente delle stringhe, il sezionamento e la limitazione delle sovratensioni. Protezione sovracorrenti lato c.c. I circuiti in corrente continua collegano i moduli agli inverter. Questi circuiti possono essere soggetti a sovracorrenti di varia origine capaci di danneggiare i moduli e le sezioni di ingresso degli inverter stessi. Per proteggere questi circuiti è necessario impiegare fusibili o interruttori magnetotermici. I fusibili sono la soluzione normalmente utilizzata: di semplice installazione e basso costo, devono però essere sostituiti in caso di guasto. Gli interruttori magnetotermici, invece, risolvono in un unico apparecchio le funzioni di protezione e sezionamento a fronte di un maggior costo iniziale. In caso di intervento, la protezione può essere facilmente ripristinata senza necessità di sostituzione. Sezionamento lato c.c. Per sua natura la sorgente fotovoltaica si ferma solo in caso di oscuramento dei moduli. Per effettuare opere di manutenzione e riparazione in totale sicurezza è necessario disporre di un sistema di sezionamento adeguato. Questo perché le tensioni in gioco nei circuiti in corrente continua possono raggiungere valori molto elevati, fino ai V. Con tensioni così elevate, il sezionamento deve essere operato attraverso apparecchi ad alte prestazioni che sfruttano particolari accorgimenti in grado di spegnere in modo sicuro l arco elettrico. Protezione sovratensioni lato c.c. I moduli fotovoltaici generalmente sono installati in posizioni esposte. Ricoprono spesso vaste aree e sono soggetti a fenomeni di sovratensione di origine atmosferica. La protezione contro questi fenomeni in corrente continua è importante per impianti fotovoltaici di piccole e medie dimensioni, ma diventa fondamentale in caso di grandi parchi solari. La protezione deve garantire il mantenimento dei livelli di tensione al di sotto dei valori di tenuta ad impulso di moduli ed inverter: è fondamentale, quindi, che i dispositivi siano distribuiti nell impianto a partire dai quadri di campo, di parallelo di stringa e nelle sezioni d ingresso degli inverter. 10 Energia solare

11 Connessione utente BT MT Allacciamento impianto su rete utente BT MT Potenza impianto kwp di stringa Tipologia inverter centralizzati - multistringa Numero di stringhe > Sezionatori fusibili E90 PV Fusibili cilindrici E 9F PV Magnetotermici S204 M UC Z Magnetotermici S800 PV-S Sezionatori S800 PV-M Sezionatori S802 PV-M-H Sezionatori OT-M Sezionatori OTDC Sezionatori Tmax PV Contattori GA Contattori GAF Scaricatori OVR PV Monitor isolamento ISL-A CMS Sensori di corrente serie ES-EV Monitor di isolamento CM-IWN Sgancio per VVFF Monitoraggio d isolamento Circuiti in corrente continua a tensioni così elevate rappresentano un evidente problema dal punto di vista della protezione contro i contatti indiretti. I moduli e i cavi sono protetti attraverso un doppio isolamento da terra con un sistema IT. In questo modo un primo guasto a terra non provoca nessun disservizio; però, nel caso di un secondo problema, si genera l intervento dei dispositivi di protezione dalle sovracorrenti. Per questo motivo è fondamentale che il primo guasto sia opportunamente rilevato e segnalato, in modo da consentire l intervento del manutentore prima che un secondo malfunzionamento determini il fuori servizio dell impianto. Monitoraggio La produttività attesa di un impianto fotovoltaico non dipende solamente dall andamento della radiazione solare; è importante, infatti, che sia garantito il corretto funzionamento di tutti i componenti del sistema. Se l impianto è di grandi dimensioni (composto da oltre 100 moduli fotovoltaici), c è il rischio elevato che un eventuale guasto o malfunzionamento ne riduca o comprometta il corretto esercizio. Diventa importante, dunque, dotare l impianto fotovoltaico di un sistema in grado di misurare con continuità l andamento della produzione di ogni campo fotovoltaico (e addirittura di ogni singola stringa), confrontando i dati con quelli relativi agli altri campi (e alle altre stringhe). In questo modo risulta semplice evidenziare eventuali situazioni anomale che richiedono una verifica manutentiva. Di solito il sistema è formato essenzialmente da una serie di moduli in grado di misurare le correnti di stringa, inviare i dati a un PLC di cabina AC500 per poi elaborarli e renderli fruibili attraverso un datalogger. Energia solare 11

12 Corrente Alternata Produzione energetica garantita e monitorata In un impianto fotovoltaico la sezione in corrente alternata ha il duplice ruolo di collegare il sistema al circuito elettrico dell utilizzatore finale alla rete di distribuzione pubblica. Il suo compito, quindi, è quello di garantire l adeguato trasferimento dell energia prodotta, rispondendo al contempo ai requisiti di sicurezza prescritti dalla normativa vigente. ABB sviluppa apparecchi destinati alla protezione dai contatti indiretti e tecnologie dedicate al sistema di interfaccia e all esatto monitoraggio e calcolo dell energia prodotta. L impianto, anche in questo caso, deve essere protetto dalle sovratensioni relative all inverter e all interfaccia, che potrebbero causare danni o interruzioni temporanee della produzione energetica. Protezione contatti indiretti lato c.a. I circuiti in corrente alternata, che connettono l inverter con l impianto e la rete del distributore di energia elettrica, sono formati da un sistema di collegamento a terra di tipo TT nel caso di piccole utenze alimentate in bassa tensione, mentre gli impianti in media tensione con una propria cabina di trasformazione hanno un sistema di collegamento a terra di tipo TN-S. In entrambe le situazioni è necessario impiegare sistemi in grado di proteggere le persone dai contatti indiretti che possono verificarsi per il cedimento di un isolamento in qualsiasi parte dell impianto. Tale funzione è normalmente svolta da un interruttore differenziale che deve essere scelto sulla base delle caratteristiche dell inverter e della possibilità che esso, in caso di guasto, possa generare delle correnti di dispersione di tipo continuo o pulsante. In conseguenza di tale caratteristica potrà rendersi necessaria l adozione di un differenziale di tipo B, tipo A o tipo AC. Protezione sovracorrenti lato c.a. Nella sezione di impianto collegata alla rete di distribuzione, che costituisce il lato in corrente alternata, nonostante i valori di tensione siano sensibilmente inferiori a quelli che interessano il lato in corrente continua, è possibile riscontrare valori molto elevati di corrente d impiego e di corrente di corto circuito. Gli apparecchi di protezione devono pertanto essere selezionati per garantire la corretta protezione dei conduttori e degli apparecchi collegati. Infatti, al crescere della potenza dell impianto assumono maggiore importanza le caratteristiche di compattezza, di declassamento in temperatura, la disponibilità di accessori e il campo di taratura delle protezioni. Protezione sovratensioni lato c.a. Gli inverter sono apparecchi elettronici che hanno tensioni di tenuta a impulso normalmente inferiori a quella dei normali apparecchi elettrici. Proprio perché essi sono più sensibili alle sovratensioni, in grado di danneggiarli e comprometterne il corretto funzionamento, è necessaria una particolare attenzione nella scelta dei dispositivi di protezione. Una volta valutata la tipologia di protezione, in funzione della maggiore o minore possibilità che l impianto sia esposto a rischio di fulminazione diretta, sarà possibile determinare se sia necessario installare degli scaricatori di corrente da fulmine; inoltre si potrà decidere come strutturare il sistema di protezione e scegliere e distribuire nell impianto gli scaricatori di sovratensione. Protezione d interfaccia PI La protezione di interfaccia garantisce che l impianto fotovoltaico sia collegato in parallelo alla rete con dei parametri di tensione e frequenza che rispettino i limiti prescritti dalla normativa. Il corretto funzionamento del relè di protezione garantisce la sicurezza delle apparecchiature e del personale chiamato a intervenire sulla rete di distribuzione. L affidabilità del relè, la sua preconfigurazione e la semplicità con cui effettuare i test sono le caratteristiche più importanti di cui tenere conto nella scelta della protezione di interfaccia più adatta. Fondamentale è la scelta di una protezione di interfaccia conforme alla normativa e applicabile alla specifica tipologia di impianto anche in funzione dello stato in cui avviene l installazione. 12 Energia solare

13 Connessione utente BT MT Allacciamento impianto su rete utente BT MT Potenza impianto kwp di stringa Tipologia inverter centralizzati - multistringa Numero di stringhe > Magnetotermico S200 Magnetotermico S800 Differenziali puri F200 Blocchi differenziali DDA200 Magnetotermici differenziali DS202C Interruttori automatici scatolati Tmax Interruttori automatici aperti Emax 2 Contattori AF Contattori EK Sezionatori OT Scaricatori OVR Protezione di interfaccia CM-UFD.M22 Accumulatori di energia CP-B Quadro di interfaccia CEI 0-21 Contatori di energia EQ Meters Trasformatori di corrente CT Monitor isolamento CM-IWN Attuatore telefonico GSM ATT Dispositivo d interfaccia DDI Il dispositivo d interfaccia è un apparecchio di comando destinato a collegare l impianto di produzione alla rete di distribuzione su input della protezione d interfaccia. Normalmente questa funzione è svolta da un contattore ma può essere utile, in alcune situazioni, utilizzare un interruttore automatico motorizzato. Il dispositivo scelto dovrà essere in grado di sopportare la corrente d esercizio dell impianto (con le caratteristiche di manovra AC1 o AC3 secondo la normativa applicabile) e risultare protetto dai dispositivi di protezione presenti nel circuito. Misura dell energia Misurare l energia prodotta dalle varie sezioni di un impianto fotovoltaico e dai vari circuiti utilizzatori è fondamentale per la corretta gestione energetica dell impianto stesso. Valutare le differenze di generazione energetica dei diversi campi fotovoltaici, confrontando i dati con le diverse esposizioni e situazioni di ombreggiamento, consente di ottimizzare la produzione elettrica e gestire al meglio le attività manutentive. Dispositivi di misura versatili, facilmente configurabili e collegabili in rete, consentono di implementare sistemi di misura e controllo con semplicità ed efficacia. Energia solare 13

14 Le soluzioni pre-assemblate I vantaggi della standardizzazione In un impianto fotovoltaico i moduli sono organizzati in stringhe e campi in funzione della tipologia d inverter utilizzata, della potenza complessiva dell impianto e delle caratteristiche tecniche dei moduli. Il collegamento dei moduli in serie avviene in corrispondenza degli stessi, mentre il collegamento delle stringhe in parallelo è realizzata nei cosiddetti quadri di campo che ospitano, insieme ai sistemi d interconnessione, anche i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti, gli apparecchi di sezionamento e le protezioni contro le sovratensioni. I quadri di campo formano, negli impianti di medie e grandi dimensioni, dei sottosistemi che, per numero di stringhe, valori di tensione e corrente nominale, sono standardizzabili. ABB offre quattro linee di prodotto diverse, dedicate ciascuna a specifiche situazioni installative con configurazioni tipiche. I quadri di campo L installazione di un impianto fotovoltaico avviene spesso in situazioni logistiche complesse e critiche dal punto di vista ambientale e temporale. Poter disporre di componenti preassemblati, collaudati e certificati, consente all installatore di evitare inutili operazioni di montaggio, cablaggio e certificazione dei quadri in loco. I quadri di campo racchiudono le funzioni di protezione di stringa, protezione contro le sovratensioni e sezionamento, con componentistica adatta ai vari livelli di tensione di stringa e al numero di stringhe collegate. I quadri di campo multi-uscita Lo sviluppo e la sempre più frequente adozione di inverter multistringa ha comportato la necessità, per ridurre costi e spazio occupato dai quadri di campo, di riunire in un unico quadro i dispositivi di protezione e sezionamento di più stringhe destinate a essere collegate ciascuna a un proprio ingresso dell inverter. Gli inverter multistringa consentono di risolvere con semplicità ed economia situazioni di impianto caratterizzate da moduli installati in condizioni di inclinazione ed esposizione differenti, oppure minimizzare le problematiche relative a ombreggiamenti sistematici di parti di impianto. I quadri di campo per monitoraggio Il monitoraggio di stringa è una funzione importante nella conduzione di impianti di medie e grandi dimensioni che consente il miglioramento della produzione dell impianto e una manutenzione più efficace. ABB offre una serie di quadri di campo precablati per tutte le situazioni impiantistiche: sono equipaggiati sia con dispositivi necessari alla protezione di stringa contro sovratensioni e sezionamento, sia con dispositivi utili al monitoraggio di stringa. I quadri d interfaccia Per migliorare le attività logistiche di installazione ABB ha sviluppato quadri di interfaccia specifici per impianti soggetti alla norma CEI Anche in questo caso la scelta consente di rendere disponibile per il progettista e l installatore soluzioni predefinite sulla base della potenza dell impianto, equipaggiate con interruttore generale, portafusibili, relè d interfaccia, dispositivo d interfaccia, sistema di alimentazione con accumulo di energia, contatti ausiliari e bobina di comando per il dispositivo di rincalzo. 14 Energia solare

15 Connessione utente BT MT Allacciamento impianto su rete utente BT MT Potenza impianto kwp > di stringa Tipologia inverter centralizzati - multistringa Numero di stringhe > Quadri di campo 660 V 1 stringa 2 stringhe 800 V 1 stringa 2 stringhe 3 stringhe 4 stringhe 5 stringhe 6 stringhe 1000 V 1 stringa 2 stringhe 3 stringhe 4 stringhe 5 stringhe 6 stringhe 8 stringhe Quadri di campo multiuscita 660 V 2 stringhe 800 V 2 stringhe 1000 V 3 stringhe Quadri di campo con monitoraggio 12 stringhe 6 stringhe 24 stringhe Quadri di interfaccia Energia solare 15

16 Contatti ABB SACE Una divisione di ABB S.p.A. Apparecchi Modulari Viale dell Industria, Vittuone (MI) Contact Center Tel.: Dati e immagini non sono impegnativi. In funzione dello sviluppo tecnico e dei prodotti, ci riserviamo il diritto di modificare il contenuto di questo documento senza alcuna notifica. Copyright 2015 ABB. All rights reserved. 1SDC007120B /