Impianti FV Verifiche di Efficienza e funzionalità. Impianti fotovoltaici: Verifiche di Efficienza e Funzionalità

Transcript

1 Impianti fotovoltaici: Verifiche di Efficienza e Funzionalità 1

2 Fotovoltaico Opportunità Primo. Le detrazioni fiscali 50% sull Irpef, prorogate a tutto il 2015, che dimezzano i costi di realizzazione dell impianto fotovoltaico (non per edifici di nuova costruzione). Secondo. Lo scambio sul posto (max 500kW), cumulabile con le detrazioni fiscali, ma non con il ritiro dedicato. Il meccanismo conviene per chi è allacciato in immissione e prelievo sulla rete elettrica di Enel Distribuzione. Terzo. Il ritiro dedicato (RID), cumulabile con le detrazioni fiscali, ma alternativo allo scambio sul posto. Il ritiro dedicato oggi non conviene quasi più perchè i prezzi minimi garantiti si sono abbassati talmente tanto che non garantiscono più un rientro certo dall investimento. Quarto. I SEU, Sistemi efficienti di Utenza. I SEU sono dei sistemi che permettono ad un produttore di energia da fonti rinnovabili di vendere direttamente l energia prodotta ad un utente finale che si trova nello stesso luogo. 2

3 Normativa vigente Gli impianti fotovoltaici devono essere realizzati con componenti che assicurino l'osservanza delle prestazioni descritte nella Guida CEI Gli impianti elettrici e fotovoltaici e la relativa progettazione, devono rispettare, ove di pertinenza, le prescrizioni contenute nelle norme tecniche di seguito richiamate: CEI EN (CEI 82-15): Rilievo delle prestazioni dei sistemi fotovoltaici - Linee guida per la misura, lo scambio e l'analisi dei dati; EN (CEI 82-38): Grid connected photovoltaic systems - Minimum requirements for system documentation, commissioning tests and inspection; CEI 64-8: Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua; 3

4 Descrizione verifica Tecnico funzionale CEI EN Verifica della polarità Verifica della tensione a vuoto delle stringhe Verifica della corrente di corto circuito delle stringhe Verifica della corrente di lavoro delle stringhe Verifica della messa a Terra di masse e scaricatori Verifica dell isolamento dei circuiti elettrici dalle masse Verifica funzionale Verifica delle prestazioni (efficienza) dell impianto CEI

5 Verifica della Tensione a vuoto Guida CEI IEC EN La tensione a circuito aperto di ogni stringa FV viene misurata mediante uno strumento di misura idoneo. Nel caso di impianti con più stringhe identiche e in condizioni di irraggiamento stabile, possono essere confrontate le tensioni tra le stringhe. I valori ottenuti dovrebbero essere «quasi» uguali (un valore tipico dichiarato dal costruttore è pari al 5% per condizioni di irraggiamento stabile). 5

6 Verifica della Tensione a vuoto Guida CEI IEC EN Nel caso di irraggiamento non stabile, la norma indica che si può procedere in uno dei seguenti modi: la verifica viene rimandata; ( economicamente poco conveniente) la verifica viene effettuata utilizzando più voltmetri con analoghe caratteristiche, mantenendo un voltmetro su una stringa di riferimento; ( occorrono più persone per fare un lavoro «semplice» economicamente poco conveniente) effettuare la misura dell irraggiamento solare sul piano dei moduli, con la quale effettuare la correzione delle letture. ( corretto) 6

7 Verifica della Tensione a vuoto La Guida CEI indica anche un modo più pratico rispetto a quanto indicato dalla IEC EN 62446, ovvero valutare la differenza fra le tensioni a vuoto delle stringhe DVOC in relazione alla tensione a vuoto del modulo utilizzato nell impianto (VOC MOD) ovvero il massimo scostamento fra le tensioni di due stringhe è pari alla tensione di mezzo modulo. NOTA: Il confronto dei valori misurati con quelli attesi è inteso come un controllo della corretta installazione, non come una misura delle prestazioni del modulo o del generatore fotovoltaico. La valutazione di tali prestazioni è al di fuori dello scopo delle verifiche previste dalla IEC EN

8 Verifica della Tensione a vuoto 8

9 Verifica della Corrente di corto circuito Guida CEI IEC EN La corrente di corto circuito di ogni stringa FV deve essere misurata con idonea apparecchiatura in quanto la realizzazione/interruzione delle correnti di corto circuito della stringa è potenzialmente pericolosa. Il corto circuito sulla stringa in prova può essere ottenuto mediante: un cavo di corto circuito temporaneo connesso a un dispositivo di interruzione/sezionamento sotto carico già presenti nel circuito della stringa; un dispositivo in grado di effettuare il corto circuito della stringa, temporaneamente introdotto nel circuito di prova. In ogni caso, il dispositivo o il cavo di corto circuito deve essere dimensionato per un valore superiore alla tensione a vuoto e alla corrente di corto circuito della stringa in esame. 9

10 Verifica della Corrente di corto circuito Guida CEI IEC EN I valori misurati devono essere confrontati con i valori attesi. Nel caso di impianti con più stringhe identiche e in condizioni di irraggiamento stabile, possono essere confrontate le correnti tra le stringhe. I valori ottenuti dovrebbero essere «quasi» uguali (un valore tipico dichiarato dal costruttore è pari al 5% per condizioni di irraggiamento stabile). 10

11 Verifica della Corrente di corto circuito Nel caso di irraggiamento non stabile, la norma indica che si può procedere in uno dei seguenti modi: la verifica viene rimandata; ( economicamente poco conveniente) la verifica viene effettuata utilizzando più amperometri con analoghe caratteristiche mantenendo un amperometro su una stringa di riferimento; ( occorrono più persone per fare un lavoro «semplice» economicamente poco conveniente) la verifica viene effettuata misurando le correnti di stringa e correggendoli con i valori misurati di irraggiamento solare sul piano del moduli ( corretto) NOTA: Il confronto dei valori misurati con quelli attesi è inteso come un controllo della corretta installazione, non come una misura delle prestazioni del modulo o del generatore fotovoltaico. La valutazione di tali prestazioni è al di fuori dello scopo delle verifiche previste dalla IEC EN

12 Verifica della Corrente di corto circuito 12 12

13 Verifica della corrente di Lavoro Guida CEI IEC EN Nel caso di impianti con più stringhe identiche e in condizioni di irraggiamento stabile, possono essere confrontate le correnti tra le stringhe. I valori ottenuti dovrebbero essere «quasi» uguali (un valore tipico dichiarato dal costruttore è pari al 5% per condizioni di irraggiamento stabile). 13

14 Verifica della Corrente di Lavoro Nel caso di irraggiamento non stabile la norma indica che si può procedere in uno dei seguenti modi: la verifica viene rimandata; ( economicamente poco conveniente) la verifica viene effettuata utilizzando diversi amperometri con analoghe caratteristiche mantenendo un amperometro su una stringa di riferimento; ( occorrono più persone per fare un lavoro «semplice» economicamente poco conveniente) la verifica viene effettuata misurando le correnti di stringa e correggendoli con i valori misurati di irraggiamento solare sul piano del moduli ( corretto) NOTA: La corrente di lavoro della stringa (Impp) è influenzata da diversi parametri e quindi soggetta a maggiore variazione. Sarebbe più opportuno valutare la potenza di stringa opportunamente corretta in funzione di Irraggiamento e temperatura. 14

15 Verifica della corrente di Lavoro Guida CEI IEC EN Collegamento dello strumento 15

16 Verifica della messa a Terra Massa: parte conduttrice che soddisfa le seguenti proprietà : o fa parte di un componente elettrico o può essere toccata o non è in tensione in condizioni ordinarie o può andare in tensione in condizioni di guasto. Massa estranea: parte conduttrice che soddisfa le seguenti proprietà : o non fa parte dell'impianto elettrico o può ugualmente andare in tensione in condizioni di guasto a causa di una resistenza verso terra inferiore a 1000 Ohm ( 250 Ohm per particolari applicazioni ) Sia la massa che la massa estranea vanno protette contro i contatti indiretti. 16

17 Messa a Terra Struttura metallica La struttura porta cavi di classe II La struttura non porta cavi La struttura porta cavi non classe II Moduli FV di classe II Moduli FV di classe I Moduli FV di classe I Moduli FV di classe II Telai a terra x check ISO NO R mod-strutt <0,1W SI SI NO R vs Terra <1kW SI NO Strutt. a Terra x check ISO Struttura non messa a Terra Struttura messa a Terra Struttura non messa a Terra Struttura messa a Terra 17

18 Verifica della messa a Terra La prova consiste nella verifica della continuità elettrica dei conduttori di protezione PE ed equipotenziali dal dispersore fino alle masse e masse estranee collegate. Il test va condotto seguendo le prescrizioni della CEI 64-8 (IEC , -4) con corrente di prova di > 200mA 18

19 Verifica dell Isolamento Lo scopo di questa verifica è quello di accertare che la resistenza di isolamento dell impianto sia adeguata ai valori prescritti dalle norme, in particolare dalla Norma CEI 64-8/6 e dalla Norma CEI EN Vn < 120V Vtest= 250V Isolamento min = 0,5MW Vn [120V.. 500V] Vtest= 500V Isolamento min = 1 MW Vn > 500V Vtest=1000V Isolamento min = 1 MW La misura deve essere eseguita tra ogni conduttore attivo, oppure ciascun gruppo completo di conduttori attivi, e l impianto di terra Le misure devono essere eseguite in c.c. mediante strumenti di prova idonei (IEC , -2) in grado di fornire le tensioni previste con una corrente nominale di 1mA. 19

20 Verifica dell Isolamento La Norma CEI EN indica che è possibile effettuare questa verifica utilizzando uno dei seguenti due metodi e verificando il valore minimo di resistenza di isolamento : Metodo 1: misura della resistenza di isolamento verso terra della polarità positiva e di quella negativa, separatamente; Metodo 2: misura della resistenza di isolamento verso terra delle polarità positiva e negativa cortocircuitate. 20

21 Verifica dell Isolamento Scopo: per i poli (+) (-) valutare resistenza verso Terra R tramite un opportuno misuratore di Isolamento. I misuratori di isolamento «tradizionali» applicano la relazione di misura: R= Vtest/Itest dove Vtest = Tensione di Test generata dallo strumento Itest = Corrente di Test che circola per effetto di Vtest MW Circuito equivalente ideale 21

22 Verifica dell Isolamento Nella realtà, anche se gli impianti FV nascono sostanzialmente come sistemi IT, fra i poli positivo-terra e negativo-terra è presente una tensione dovuta a parametri «parassiti» (tipicamente conduttanze verso terra). Vop e Von sono tensioni di valore aleatorio influenzate da diversi parametri fra cui: Vdc, clima, lo strumento stesso di misura. Vop, Von possono alterare pesantemente la misura dell isolamento MW Circuito equivalente reale 22

23 Verifica dell Isolamento Metodo 1 MW MW Circuito equivalente (Thévenin) rispetto al polo (+) Esempio: Rp = 10MW, Rn = 0.1MW (Rn < 1MW sarebbe un caso di "basso isolamento"). Se si calcolano i parametri equiv. R1~ 0.1 MW Vdc=490V Vop~490V Vtest = 500V Itest= (Vtest-Vop)/R1= ( )/0.1M = 100uA Il misuratore di isolamento tradizionale misura Vtest ed Itest e calcola: R1calc= Vtest/Itest = 500V/100uA = 5MW Quindi per effetto della presenza di Vop: pur avendo un basso isolamento sul polo (-), la misura sul polo (+) evidenzia erroneamente un buon isolamento (5M) 23

24 Verifica dell Isolamento Metodo 1 MW MW Circuito equivalente (Thévenin) rispetto al polo (-) Esempio: Rp = 2.5MW, Rn = 2.5MW (Rp ed Rn > 1MW sarebbe un caso di "buon isolamento"). Se si calcolano i parametri equivalenti: R2= 1.25MW Vdc=490V Von~245V Vtest = 500V Itest= (Vtest + Vop)/R2= ( )/1.25M ~ 600uA Il misuratore di isolamento tradizionale misura Vtest ed Itest e calcola: R2calc= Vtest/Itest = 500V/600uA ~ 0.8MW Quindi per effetto della presenza di Von: pur avendo un buon isolamento su entrambi i poli, la misura sul polo (-) evidenzia erroneamente un basso isolamento (0.8MW) 24

25 Verifica dell Isolamento Metodo 1 Vantaggi - Consentirebbe di testare l intero impianto con poche prove Svantaggi L utilizzo della relazione R=Vt/It NON è corretta in presenza di Vo Vo è bassa (attenzione all impedenza di ingresso) oppure si utilizzano idonei strumenti in grado di eliminarla dalla misura. Il Metodo 1 della CEI EN62446 è quindi difficilmente applicabile dagli strumenti tradizionali 25

26 Verifica dell Isolamento Metodo 2 La tensione Vo è direttamente proporzionale alla tensione fra il polo positivo e negativo. Pertanto il metodo 2 prevede la chiusura in corto circuito (tramite appositi dispositivi) dei due poli allo scopo di azzerare la tensione di disturbo Vo per poi eseguire una misura di resistenza di isolamento «classica» fra poli in corto e terra MW 26

27 Verifica dell Isolamento Metodo 2 Gli inconvenienti di questo metodo sono: - si può testare una stringa per volta (per non raggiungere valori di corrente troppo elevati) - Le due R sono in parallelo quindi lo strumento misurerà solo il valore della Rparallelo e non c è modo di discriminare il polo su cui esiste il problema di basso isolamento. MW 27

28 Verifica dell Isolamento Metodo 2 («stringa») Vantaggi - Può essere integrata nella verifica della Corrente di Cortocircuito di UNA STRINGA Svantaggi - Si può testare solo una stringa per volta - Non si riesce a discriminare su quale polo (positivo o negativo) ci siano problemi di basso isolamento 28

29 Verifica della Efficienza Valutazioni Globali sull impianto (moduli+inverter) o Valutazione delle prestazioni in potenza ( PRp) Tempi di analisi molto brevi Richiede irraggiamento >600W/m2 o Valutazione delle prestazioni in energia ( PRe) Tempi di analisi più lunghi (almeno 5 ore) Richiede irraggiamento >~200W/m2 Valutazioni mirate sui moduli FV 29

30 Verifica della efficienza dell impianto - PRp 30

31 Verifica della efficienza dell impianto - PRp 31

32 Verifica della efficienza dell impianto - PRe 32

33 Verifica della efficienza dell impianto Si possono presentare diverse condizioni pratiche a seconda della: Ubicazione / topologia dell impianto FV Tipologia «elettrica» dell impianto FV a terra più «facile» su edifici più «difficile» DC: Mono/Multi MPPT AC: Monofase/Trifase 33

34 Verifica della efficienza dell impianto Soluzione 1: collegamento fisico Il collegamento fisico fra l unità di misurazione dell irraggiamento e l unità dedicata alla misura di potenza/energia può richiedere cavi schermati di lunghezza considerevole. Inoltre non è comunque garantita la completa immunità ai disturbi 34

35 Verifica della efficienza dell impianto Soluzione 2: collegamento wireless Per collegare le sonde allo strumento si può ricorrere ad una connessione wireless. Qualsiasi tipo di connessione wireless è sempre certificata per propagazione in campo libero ossia privo di ostacoli. Ma questa è una condizione spesso puramente teorica. Nella pratica si incontrano situazioni opposte al campo libero. Difatti solai, strutture in cemento armato, eccetera, attenuano il segnale rendendo difficile, se non impossibile, la comunicazione. 35

36 Verifica della efficienza dell impianto Soluzione 3: due unità indipendenti Una soluzione più sicura è posizionare due unità di registrazione indipendenti una sul tetto per l acquisizione dei parametri ambientali, l altra collegata a monte e valle dell inverter per l acquisizione dei parametri elettrici. La sincronizzazione delle due unità garantisce la necessaria contemporaneità delle misurazioni. 36

37 Verifica Efficienza Impianto - Tipologie collegamenti Inverter centralizzato Un unico inverter gestisce tutto l impianto. Tutte le stringhe, costituite da moduli collegati in serie, sono riunite in un collegamento in parallelo Questa soluzione offre investimenti economici limitati, semplicità di impianto e ridotti costi di manutenzione Per contro questa tipologia è particolarmente sensibile agli ombreggiamenti parziali limitando lo sfruttamento ottimale di ogni stringa È adatta per campi solari uniformi per orientamento, inclinazione e condizioni di ombreggiamento 37

38 Verifica Efficienza Impianto - Tipologie collegamenti Inverter di stringa Ogni stringa, composta da vari moduli in serie, ha un proprio inverter rappresentando di fatto un mini-impianto a sé stante Grazie a questa configurazione si ottengono rese maggiori rispetto agli inverter centralizzati riducendo le perdite dovute ad ombreggiamenti. Ha un maggior costo a parità di potenza rispetto ad un impianto con inverter centralizzato. È adatto per campi solari articolati con diverse condizioni di irraggiamento. È utilizzabile anche per impianti costituiti da più campi solari geograficamente distribuiti 38

39 Verifica Efficienza Impianto - Tipologie collegamenti Inverter multistringa Soluzione 1 Questa tipologia si interpone tra gli inverter centralizzati e quelli di stringa consentendo il collegamento tipicamente di due o tre stringhe per ogni unità con orientamenti, inclinazioni e potenze diverse Esecuzione di un collaudo per ogni inseguitore di potenza Dal lato del generatore DC le stringhe sono collegate ad ingressi dedicati gestiti da MPPT indipendenti e dal lato dell immissione in rete funzionano come un inverter centralizzato ottimizzandone la resa. È il sistema con il miglior rapporto costi/prestazioni La potenza nominale massima da impostare sul SOLAR300N andrà divisa per il numero di stringhe (supposte uguali) 39

40 Verifica Efficienza Impianto - Tipologie collegamenti Inverter multi-inseguitore soluzione 1: osservazioni Se si esegue un collaudo per ogni inseguitore (con gli altri inseguitori disattivati ), la configurazione dell inverter a multi-inseguitore garantisce, per sua stessa natura, un rendimento elevato (>90%) anche per potenze ~ 10% della potenza nominale dell inverter. 40

41 Verifica Efficienza Impianto - Tipologie collegamenti Inverter multi-inseguitore soluzione 2 DC AC CAT III 1000V, CAT IV 300V ~ CAT III 1000V, CAT IV 300V ~ INPUT MAX 5V MAX 1000V, 600V ~ BETWEEN INPUTS MAX 1000V, 600V ~ BETWEEN INPUTS INPUT MAX 5V (+) ( ) VDC1 MPP 300 VAC1 VAC2 IAC1 IAC2 (+) VDC2 POWER: EXTERNAL SUPPLY BATTERY LOW BATTERY VAC3 IAC3 ( ) STATUS: WAITING FOR START OF RECORDING RECORDING RUNNING MEMORY FULL VAC N IAC (+) MASTER DETECTED VDC3 REMOTE DETECTED EXT. POWER SUPPLY 5V ( ) POWER STATUS MASTER REMOTE IDC VDC USB 41

42 Verifica Efficienza moduli FV Nel corso della vita dell impianto può accadere che alcune celle si guastino, compromettendo il rendimento del modulo e, di conseguenza, dell intera stringa. Occorre ricordare che la curva di funzionamento della stringa è determinata dalla curva del peggiore tra i moduli componenti la stringa stessa. Eventuali celle danneggiate abbattono ulteriormente il rendimento del modulo e della stringa, aumentando le perdite per mismatching Infine ogni modulo FV è soggetto ad un inesorabile decadimento delle prestazioni (tipicamente garantito dal costruttore entro il % su anni). E bene verificare periodicamente che la suddetta garanzia sia rispettata. Conviene quindi verificare periodicamente l efficienza dei moduli FV dell impianto al fine di identificare immediatamente situazioni di sofferenza Con la caratteristica I-V del modulo il costruttore fornisce una vera e propria carta di identità del modulo (fornendo informazioni relative alla corrente di corto circuito, alla tensione a vuoto ed alla generazione di potenza). E sufficiente quindi misurare la caratteristica I-V dei moduli installati e confrontare quanto ottenuto con la caratteristica dichiarata dal costruttore. 42

43 Verifica Efficienza moduli FV Caratteristica I-V La caratteristica I-V riporta tutto ciò che occorre conoscere del modulo tra cui: La potenza max generata La corrente di corto circuito ISC La tensione a vuoto VOC La corrente al punto di massima potenza IMPP La tensione al punto di massima potenza VMPP Le varie curve riportano la caratteristica I-V in funzione di diversi valori di irraggiamento. 43

44 Verifica Efficienza moduli FV Caratteristica I-V Tutti i dati nominali sono riferiti a 1000W/m 2, 25 C, AM 1.5 (STC) 44

45 Verifica Efficienza moduli FV Caratteristica I-V Dati nominali Prove eseguite a 1000W/m 2, 25 C (STC) Misure con strumenti Prove eseguite a XXXW/m2, YY C (OPC) dove in generale le condizioni ambientali Operative XXX e YY: XXX 1000W/m 2 e YY 25 C 45

46 Verifica Efficienza moduli FV Caratteristica I-V Le caratteristiche I-V vengono fornite alle condizioni di prova standard STC (Standard Test Conditions) al fine di uniformarne la notazione. Le STC sono: - Irraggiamento pari a 1000 W/m 2 - Massa d aria (Air Mass) pari a 1,5 (inclinazione 48.2 raggi solari rispetto allo Zenith) - Temperatura 25±2 C Ovviamente, in campo, raramente si effettuano le misurazioni alle condizioni STC. Pertanto, per poter confrontare la caratteristica I-V misurata con quanto dichiarato dal costruttore dei moduli, bisogna riportare la caratteristica misurata in condizioni OPC alle condizioni STC La Normativa IEC/EN60891 descrive appunto il procedimento per traslare i dati da OPC a STC 46

47 Verifica Efficienza moduli FV Caratt. I-V modulo In sintesi la procedura di misura è la seguente: Collegamento dei sensori (irr, Temp.) Verifica condizioni ambientali della prova ( > W/m2 ) Selezione del modulo fra quelli disponibili (o inserimento di 1 nuovo) all interno del DB Collegamento a 4 fili Esecuzione della prova e controllo dell esito finale (OK / NO) 47

48 Verifica Efficienza moduli FV Caratt. I-V Stringa In sintesi: Procedimento sostanzialmente identico al precedente. In questo caso lo strumento esegue la misura sulla stringa e sulla base di questa misura ricava le prestazioni di un pannello medio in modo da poter confrontare direttamente i valori ottenuti con quelli dichiarati nel datasheet del modulo stesso (che ovviamente sono sempre riferiti ad 1 solo modulo Se un modulo è danneggiato il pannello medio avrà prestazioni al di fuori della tolleranza dichiarata dal costruttore 48

49 Verifica Efficienza moduli FV note I costruttori di moduli dichiarano la caratteristica I-V dei propri prodotti per radiazioni incidenti ortogonali alla superficie dei moduli stessi Sarebbe quindi opportuno effettuare le misurazioni proprio in queste condizioni, o quantomeno nelle condizioni il più prossime possibile A causa della rifrazione del vetro protettivo dei moduli, più la radiazione incidente si discosta dall ortogonale, più la radiazione utile diminuisce. In sintesi, in termini di conversione della radiazione solare in energia elettrica, 600 W/m2 ortogonali e 600 W/m2 con un inclinazione di 40 non sono la stessa cosa 49

50 Verifica Efficienza moduli FV Esempio risultati finali 15/05/ :34 Voc = 47.4 V Vmpp = 39.6 V Impp = 5.20 A Isc = 5.69 A Pmax = 206 W FF = 0.76 DPmax = -1.9% ESITO: OK 50

51 Grazie per l attenzione 51