Tipologie di impianti FV

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Maddalena Bassi
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1 Grid-connected Tipologie di impianti FV Collegato alla rete elettrica di distribuzione Non richiede dispositivi di accumulo, il punto di lavoro è ottimizzato per iniettare istante per istante la massima potenza nella rete elettrica. L uscita deve adattarsi (sincronizzarsi) automaticamente alla frequenza di rete (ad es. PLL). Può svolgere anche funzionalità di filtro attivo. Stand-alone Collegato ad utenze elettriche isolate dalla rete Richiede dispositivi di accumulo (rare eccezioni: pompe). Presenta diverse modalità di funzionamento a seconda dell entità dei flussi di potenza (fotovoltaico, batteria, utenze). La tensione di uscita è regolata in ampiezza e frequenza (tipo UPS).

2 Tipologie di impianti FV Configurazioni minime grid load gridconnected standalone load

3 Grid-connected Convertitore dc-dc intermedio per disaccoppiare la regolazione MPPT dalla regolazione della tensione V dc dell inverter. V mpp V dc V o grid V g load Due regolatori di tensione indipendenti monofase o trifase Breve descrizione dei due regolatori (richiami)

4 Grid-connected

5 Grid-connected Analisi con i fasori ( X ) o con i vettori di spazio ( x ) i L trascurando la caduta ohmica v o v g v o j ωl i v o = v g + L di/dt V o = V g + j ωl I i v g a regime diviene un diagramma del tipo Ben-Eschenburg L inverter è in grado di generare la tensione sinusoidale val.eff. V o se: monofase: V dc > 2 V o trifase: V dc > 2 3 V o Es: V o = 230 V, V dc > 325 V Es: V o = 230 V, V dc > 565 V

6 Grid-connected più unità (cassetti) MPPT indipendenti

7 Grid-connected Realizzazione trifase con tre unità monofase n

8 Grid-connected

9 Schema con batteria in tampone, simile ad UPS V V dc load Principali modalità operative: 1) Mancata produzione FV con scarica accumulatori 2) Produzione FV (MPP) con parziale scarica accumulatori 3) Produzione FV (MPP) con ricarica accumulatori 4) Produzione FV parzializzata con ricarica accumulatori

10 1) Mancata produzione FV con scarica accumulatori V 1 V dc load Chopper inattivo (V 1 0). L inverter attinge energia solo dagli accumulatori. La tensione V dc è poco al di sotto della tensione nominale (pieno carico).

11 2) Produzione FV (MPP) con parziale scarica accumulatori V 2 V dc load Il chopper insegue l MPP erogando la max corrente possibile (V 2 =V mpp ). L inverter attinge energia sia dal sistema PV (insufficiente) sia dagli accumulatori (quindi caricati parzialmente). La V dc è poco al di sotto della tensione nominale (carico parziale).

12 3) Produzione FV (MPP) con ricarica accumulatori V 3 V dc load Il chopper insegue l MPP erogando la max corrente possibile (V 3 =V mpp ). L inverter attinge energia solo dal sistema PV. Anche gli accumulatori assorbono energia dal sistema PV (ricarica). La V dc è poco al di sopra della tensione nominale (ricarica parziale).

13 4) Produzione FV parzializzata con ricarica accumulatori V 4 V dc load Interviene il limitatore di carica degli accumulatori che aumenta la tensione di lavoro V 4 del sistema PV al di sopra di V mpp per ridurre la corrente di uscita del chopper e quindi mantenere la corrente di ricarica entro il massimo consentito (al limite può essere zero). Il chopper non può insegue l MPP ed eroga quindi una potenza ed una corrente parzializzata. E controllato dal limitatore di ricarica. L inverter attinge energia solo dal sistema PV. La V dc è al di sopra della tensione nominale (massima ricarica).

14 P I I sc V 1 0 V 2 =V 3 = V mpp V 4 V oc V

15 Cenni sul dimensionamento del sistema di accumulo - Periodicità del ciclo di carica/scarica: tipicamente 24h - Energia massima assorbita dal carico nel ciclo: E Cmax - Energia minima prodotta dal sistema FV in 24h: E FVmin > E Cmax - Capacità energetica minima dell accumulatore: E Amin > E Cmax Le considerazioni di cui sopra rappresentano il caso peggiore. Si deve anche tenere in conto dell efficienza di conversione dei convertitori e dei cicli di carica/scarica, nonché del livello di carica minimo al quale può essere portato l accumulatore (>0).

16 Accumulatori elettrochimici Batterie alcaline Nickel-Cadmio (Ni-Cd) Nickel-Metal Idruro (NiMH) Batterie al piombo Piombo Acido Piombo Gel Batterie al litio Litio-Ioni (Li-Ion) Litio-Polimeri (Li-Poly) Tensione di Densità di energia Durata (cicli di Tempi di Autoscarica Tipo cella [V] [Wh/kg] carica/scarica) carica [h] mensile [%] Piombo 2, Ni-Cd 1, Ni-MH 1, > Li-ion 3, Li-po 3, >

17 Sistemi di accumulo - Batterie elettrochimiche - Supercapacitors (energia elettrostatica) - Flywheels (energia meccanica) - Magneti superconduttori (SMES) - Pompaggio (energia potenziale gravitazionale) - Aria compressa (energia meccanica) - Idrogeno (cella a combustibile/elettrolizzatore)

18 Sistemi di accumulo

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