INVERTER POWER ONE AURORA CON GROUNDING KIT: PRESCRIZIONI PER L UTILIZZO

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1 INVERTER POWER ONE AURORA CON GROUNDING KIT: PRESCRIZIONI PER L UTILIZZO Introduzione: necessità della messa a terra del polo negativo del generatore fotovoltaico. Gli inverter Power One Aurora sono realizzati secondo architettura transformerless ossia privi di isolamento elettrico tra l ingresso e l uscita. La scelta di questa soluzione rende, durante il funzionamento in parallelo alla rete, flottanti rispetto al potenziale di ground i terminali positivo e negativo di ingresso. Ne consegue che i pannelli fotovoltaici in ingresso all inverter sono sottoposti ad una differenza di potenziale variabile a seconda della tipologia e delle condizioni di funzionamento, tra i terminali e la terra. Alcuni pannelli fotovoltaici realizzati con tecnologia a film sottile (silicio amorfo) presentano, a lungo andare, problemi di corrosione della struttura legati proprio alla differenza di potenziale che si crea tra il terminale negativo e la terra. Per eliminare tale inconveniente è necessario legare il potenziale del terminale negativo a quello di ground. Grounding Kit: la soluzione Power One per la messa a terra del polo negativo negli inverter transformerless. L utilizzo di inverter con Grounding Kit permette di ovviare a tale problematica. Il kit in questione è costituito da una resistenza di valore adeguato che connette (internamente all inverter) il terminale negativo di ingresso dell inverter a terra. La resistenza è montata su una piastrina di alluminio con funzione di dissipatore che è ancorata allo chassis dell inverter per mezzo di un fissaggio a vite. I modelli di inverter equipaggiati con il grounding kit sono elencati nella tabella di seguito. Inverter Potenza nominale di uscita PVI 3.0 OUTD S IT+NEGATIVE GROUNDING KIT 3000W PVI 3.6 OUTD S IT+NEGATIVE GROUNDING KIT 3600W PVI 4.2 OUTD S IT+NEGATIVE GROUNDING KIT 4200W PVI 6000 OUTD S IT+NEGATIVE GROUNDING KIT 6000W PVI 10.0 OUTD S IT+NEGATIVE GROUNDING KIT 10000W PVI 12.5 OUTD S IT+NEGATIVE GROUNDING KIT 12500W Tab. 1: inverter Power One disponibili con grounding kit.

2 Fig. 1: particolare della resistenza di grounding. La funzione Amorphous Mode Nella sua accezione più completa, il grounding kit non è unicamente composto dalla resistenza di polarizzazione a terra del polo negativo del generatore fotovoltaico, ma anche da una funzione SW denominata Amorphous Mode, di cui gli inverter con grounding kit sono dotati di default.. Tale modalità permette all inverter di lavorare correttamente con il polo negativo riferito a terra ed inoltre permette di monitorare lo stato del collegamento a terra del polo negativo attraverso il monitoraggio continuo della tensione ai capi della resistenza di grounding (Vg). Ovviamente gli inverter Aurora Power One con Grounding Kit mantengono tutti gli standard di sicurezza delle versioni standard, in quanto, grazie alla messa a terra del polo negativo di ingresso tramite una resistenza (anziché il fusibile adottato nei sistemi convenzionali), l'apparecchio sorveglia lo stato di connessione a terra del generatore fotovoltaico e si disconnette nel caso sia rilevata una dispersione a terra. Di fatto la funzione Amorphous Mode monitorizza la tensione ai capi della resistenza di connessione del polo negativo a terra, assicurando che il generatore fotovoltaico sia connesso a terra; la presenza di una eventuale dispersione a terra causa un aumento della tensione ai capi di tale resistenza e provoca, quindi, la disconnessione dell inverter dalla rete. Esistono due livelli di protezione: Un primo livello di protezione è impostato a 30V per 1 ora: se la tensione Vg rimane al di sopra di 30V per un tempo superiore ad un ora, l inverter si disconnette dalla rete e fornisce l allarme E037. Questa protezione ha lo scopo di proteggere da derive lente della tensione di grounding ovvero in caso di dispersioni con bassa velocità di variazione della corrente di dispersione. Un secondo livello di protezione è impostato a 120V per 100ms: se la tensione Vg rimane al di sopra di 120V per un tempo superiore a 100ms, l inverter si disconnette dalla rete e fornisce

3 l allarme E037. Questa protezione ha lo scopo di rilevare l eventuale perdita di collegamento a terra del polo negativo oppure fenomeni di dispersione importanti. Nota: l errore E037 è mappato unicamente negli inverter che hanno la modalità Amorphous Mode abilitata. Si rileva anche che l errore E037 è, negli inverter che integrano grounding kit, sintomatico di una perdita di isolamento nel generatore fotovoltaico e potrebbe anche manifestarsi prima del collegamento alla rete dell inverter. Negli inverter con grounding kit, infatti, anzichè il controllo della resistenza di isolamento del generatore fotovoltaico, l inverter effettua il controllo della tensione Vg ai capi della resistenza di grounding. Tale parametro è, a tutti gli effetti, rappresentativo dello stato di isolamento del generatore fotovoltaico rispetto a terra. Infatti nel caso di dispersione dal lato DC dell impianto, la corrente di dispersione scorrerebbe nella resistenza di grounding causando in questo modo l aumento della tensione Vg e quindi non permettendo la connessione dell inverter alla rete. L errore E037 si manifesta anche nel caso in cui l inverter provi a connettersi ad una rete non isolata rispetto a terra ovvero nel caso in cui il neutro (impianto monofase) oppure il centrostella (impianto trifase) del trasformatore di isolamento sia connesso a terra. Requisiti d impianto L installazione del kit rende necessaria l attuazione degli accorgimenti impiantistici di seguito elencati: Isolamento del sistema di conversione nei confronti della rete elettrica. E indispensabile la presenza di un trasformatore di isolamento che realizzi la separazione galvanica della sezione AC dalla sezione DC dell impianto. Il lato inverter deve essere lasciato flottante rispetto a terra ovvero il sistema deve essere gestito come sistema IT. Questo requisito è mandatorio in tutte le tipologie di impianto (monofase o trifase, con inverter monofasi o trifasi, mono inverter o multiinverter). Da notare che negli impianti NON è mandatoria l installazione di un trasformatore di isolamento per ciascun inverter a patto che siano rispettate anche le condizioni di omogeneità del generatore fotovoltaico (rif. seguito). Omogeneità della configurazione del generatore accoppiato a ciascun inverter (solo impianti con inverter connessi allo stesso trasformatore di isolamento). L omogeneità della configurazione di ingresso deve essere intesa come uguaglianza del numero di pannelli in serie per ciascuna stringa del generatore fotovoltaico connesso a ciascun MPPT dell inverter e come uniformità di caratteristiche di installazione del generatore fotovoltaico accoppiato a ciascun

4 inverter. L omogeneità deve essere ottenuta in termini di tensione di ingresso degli inverter (ovvero di tensione di stringa) mentre non è richiesta in termini di potenza installata. In altre parole due inverter collegati in parallelo allo stesso trasformatore di isolamento possono ricevere numero di stringhe in parallelo differenti tra loro purchè il numero di pannelli in serie per ciascun stringa sia lo stesso per i due inverter. Questo requisito è necessario in quanto la differenza di tensione di ingresso degli inverter si riflette sulla tensione ai capi della resistenza di grounding durante il funzionamento in parallelo alla rete degli inverter e potrebbe causare lo scatto intempestivo della protezione integrata nell inverter (causando riduzione di produzione da parte dell inverter). I requisiti di impianto sono riepilogati nelle tabelle di seguito per impianti monofase e trifase. Requisito di impianto Impianti mono inverter (inverter monofase) Impianti monofasi Impianti (inverter monofase in parallelo) Trasformatore di isolamento con nessun polo riferito a terra (sistema IT) Omogeneità del generatore fotovoltaico OBBLIGATORIO N/A OBBLIGATORIO OBBLIGATORIA NEL CASO DI SINGOLO TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO NON RICHIESTA NEL CASO DI TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO DEDICATO PER CIASCUN INVERTER Tab. 2: requisiti di impianto per impianti monofase.

5 Requisito di impianto Trasformatore di isolamento con nessun polo riferito a terra (sistema IT) Omogeneità del generatore fotovoltaico Impianti mono inverter (Inverter trifase) Impianti trifasi Inverter trifase in parallelo Impianti Inverter monofase (impianti tri monofase) OBBLIGATORIO OBBLIGATORIO OBBLIGATORIO N/A OBBLIGATORIA NEL CASO DI SINGOLO TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO NON RICHIESTA NEL CASO DI TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO DEDICATO PER CIASCUN INVERTER OBBLIGATORIA NEL CASO DI SINGOLO TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO NON RICHIESTA NEL CASO DI TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO DEDICATO PER CIASCUN INVERTER (*) Impianti tri monofase, ovvero realizzati connettendo a stella tre o più inverter monofase che hanno a comune il centrostella del trasformatore di isolamento trifase. Tab. 3: requisiti di impianto per impianti trifase. Note in merito alla scelta ed al dimensionamento del trasformatore di isolamento Per quanto riguarda la scelta del trasformatore di isolamento è necessario considerare i seguenti aspetti fondamentali: Gli inverter monofase richiedono una tensione monofase di valore RMS 230V/50Hz per il funzionamento da applicare ai terminali di uscita dell inverter. Entrambe le linee dovranno essere flottanti rispetto a terra. Gli inverter trifase richiedono una tensione trifase di valore concatenato RMS di 400V/50Hz per il funzionamento da applicare ai terminali di uscita dell inverter. La presenza del neutro è opzionale in alcune varianti di Paese degli inverter (ovvero nei Paesi in cui il grid standard non obbliga alla connessione del neutro). In ogni caso il centro stella del sistema trifase a cui l inverter viene collegato deve essere flottante rispetto a terra. In senso più generale, il sistema trifase a cui l inverter viene collegato deve essere flottante rispetto a terra. Non sono richiesti trasformatori speciali sebbene sia buona norma utilizzare trasformatori ad alta efficienza al fine di ridurre le perdite di conversione complessive dell impianto. Nel dimensionamento è buona norma prevedere un sovradimensionamento in potenza di almeno il 10 15% nel caso di ventilazione forzata e di almeno il 30 35% nel caso di assenza di ventilazione.

6 Power One consiglia di interfacciarsi con il produttore del trasformatore per ottenere maggiori dettagli in merito alla possibilità di sovraccaricabilità del trasformatore, alle prestazioni termiche ed elettriche del trasformatore. In merito alla scelta del rapporto spire del trasformatore (sia monofase che trifase) è necessario considerare le seguenti osservazioni. Per fissare le idee si consideri: primario del trasformatore: avvolgimento del trasformatore collegato alla rete elettrica; secondario del trasformatore: avvolgimento del trasformatore collegato alle utenze oppure all inverter (isolato dalla rete); rapporto spire: rapporto tra il numero di spire che compongono l avvolgimento primario ed il numero di spire che compongono l avvolgimento secondario. Tipicamente i trasformatori di isolamento sono utilizzati e realizzati per l alimentazione di utenze (carichi), per cui si può fare riferimento allo schema di seguito: Per questo tipo di applicazioni i produttori di trasformatori (generalmente) non realizzano macchine con rapporto spire unitario, ma leggermente inferiore ad 1. Questa scelta deriva dalla necessità di assicurare, in condizioni di massimo assorbimento di energia da parte delle utenze, che la tensione di alimentazione dei carichi sia pari alla tensione nominale, recuperando le cadute di tensione che si hanno nella macchina a causa della propria impedenza interna. Chiaramente in questo modo la tensione a vuoto ai capi dell avvolgimento secondario è leggermente maggiore della tensione applicata ai capi dell avvolgimento primario. Per quanto detto, collegando un inverter al posto delle utenze, si verifica che la tensione applicata ai morsetti AC dell inverter risulta essere (ad inverter spento e quindi con il secondario a vuoto) leggermente maggiore della tensione di rete. Inoltre nel proprio funzionamento (l inverter lavora come un generatore di corrente che inietta una corrente AC nella rete a cui è collegato, si faccia riferimento allo schema di seguito), la tensione ai morsetti AC dell inverter tenderà a salire per effetto dell impedenza interna del

7 trasformatore e questo può causare scatti intempestivi della protezione di interfaccia (in particolare della protezione di overvoltage) integrata nell inverter. Appare evidente, quindi, che il trasformatore dovrà essere scelto con rapporto spire leggermente maggiore di 1 per ovviare alla problematica di cui sopra. Può essere consigliabile valutare la possibilità di dotare il trasformatore di prese di regolazione in modo da, in caso di necessità, effettuare una regolazione della tensione di rete ai morsetti di uscita dell inverter. Schemi di principio tipici Le tabelle di seguito mostrano gli schemi di principio tipici di utilizzo degli inverter Power One con grounding kit. Per ciascuna soluzione impiantistica sono riportate le prescrizioni specifiche.

8 Tipo di impianto Schema di principio Impianto monofase monoinverter Il lato inverter del trasformatore deve essere flottante rispetto a terra. Impianto monofase mono trasformatore Richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il lato inverter del trasformatore deve essere flottante rispetto a terra. Impianto monofase multi trasformatore Non richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il lato inverter del trasformatore deve essere flottante rispetto a terra. Tab. 4:schemi di principio di impianti monofase con inverter Power One con grounding kit.

9 Tipo di impianto Schema di principio monoinverter Il trasformatore può avere, lato inverter, qualsiasi configurazione (Δ/Y). La possibilità di connessione degli inverter a Δ è presente solo in alcuni grid standard. Nel caso di scelta di avvolgimento Y, il centro stella deve essere flottante rispetto a terra. Il trasformatore può avere, lato rete, qualsiasi configurazione (Δ/Y). (trifase) monotrasformatore Richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il trasformatore può avere, lato inverter, qualsiasi configurazione (Δ/Y). La possibilità di connessione degli inverter a Δ è presente solo in alcuni grid standard. Nel caso di scelta di avvolgimento Y, il centro stella deve essere flottante rispetto a terra. Il trasformatore può avere, lato rete, qualsiasi configurazione (Δ/Y). Tab. 5:schemi di principio di impianti trifase con inverter Power One con grounding kit.

10 Tipo di impianto Schema di principio (trifase) multitrasformatore Non richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il trasformatore può avere, lato inverter, qualsiasi configurazione (Δ/Y). La possibilità di connessione degli inverter a Δ è presente solo in alcuni grid standard. Nel caso di scelta di avvolgimento Y, il centro stella deve essere flottante rispetto a terra. Il trasformatore può avere, lato rete, qualsiasi configurazione (Δ/Y). R S T PE N R (trifase) monotrasformatore multi avvolgimento (lato inverter) PE R S T N Non richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il trasformatore può avere, lato inverter, qualsiasi configurazione (Δ/Y). La possibilità di connessione degli inverter a Δ è presente solo in alcuni grid standard. Nel caso di scelta di avvolgimento Y, il centro stella deve essere flottante rispetto a terra. Il trasformatore può avere, lato rete, qualsiasi configurazione (Δ/Y). S T N GRID Tab. 6:schemi di principio di impianti monofase con inverter Power One con grounding kit (continua).

11 Tipo di impianto Schema di principio monofase (impianti tri monofase) mono trasformatore Richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il trasformatore deve avere, lato inverter, configurazione Y; il centro stella deve essere flottante rispetto a terra. Il trasformatore può avere, lato rete, qualsiasi configurazione (Δ/Y). monofase (impianti tri monofase) multitrasformatore Non richiesta omogeneità dei generatori fotovoltaici di ciascun inverter. Il lato inverter di ciascun trasformatore deve essere flottante rispetto a terra. Tab. 7:schemi di principio di impianti monofase con inverter Power One con grounding kit (continua).