Esame di Stato Anno: 2012/2013 Oggetto: Progetto di un impianto elettrico fotovoltaico stand alone. Nome candidato e progettista : Baratto Marco 1
INDICE Premessa pagina 3 Definizione di impianto fotovoltaico pagina 3 Progettazione dell impianto pagina 4 Normativa di riferimento pagina 5 Analisi dell impianto pagina 7 Calcolo del fabbisogno pagina 7 Campo fotovoltaico pagina 7 Moduli fotovoltaici pagina 8 Quadro di campo pagina 9 Regolatore di carica pagina 9 Protezione linea batterie pagina 10 Batterie di accumulatori pagina 10 Sistema di conversione DC/AC pagina 11 Sistema di montaggio a tetto di copertura pagina 12 Quadro di protezione del generatore pagina 13 Calcolo della produzione di energia elettrica pagina 13 Cablaggi pagina 14 Impianto di dispersione di terra pagina 14 Protezione contro i contatti diretti e indiretti pagina 14 Protezione delle condutture pagina 15 Considerazioni pagina 15 Modellino pagina 16 2
Progetto preliminare Premessa Con la seguente relazione si spiega il dimensionamento di un impianto di produzione di energia elettrica attraverso dei moduli (o pannelli fotovoltaici) e il relativo interfacciamento. Il progetto in esame è stato realizzato su un abitazione civile, che è rappresentata con il modellino costruito, nel quale verrà esplicato praticamente il funzionamento di massima dell impianto. Le caratteristiche di quest ultimo sono descritte nel foglio in allegato al progetto. Definizione di un impianto fotovoltaico Un impianto fotovoltaico trasforma direttamente l energia solare in energia elettrica. Esso è composto essenzialmente da: moduli o pannelli fotovoltaici; inverter, che trasforma una corrente unidirezionale in una corrente variabile secondo una legge sinusoidale, rispettando delle condizioni quali la tensione (nel nostro caso essendo un impianto civile la tensione di riferimento sarà 230 V), la frequenza (normalmente 50 Hz, dato che quasi tutti gli utilizzatori funzionano a queste frequenze) e l assenza di armoniche (dovremmo avere quindi onde con forma perfettamente sinusoidale); quadri elettrici, cavi di collegamento e morsettiere. I moduli sono costituiti da celle in materiale semiconduttore, il più utilizzato dei quali è il silicio cristallino. Essi rappresentano la parte attiva del sistema perché convertono la radiazione solare in energia elettrica. Gli impianti fotovoltaici possono essere connessi alla rete elettrica di distribuzione (grid- connected) o direttamente a utenze isolate (stand-alone), in questo caso per assicurare la disponibilità di energia elettrica in zone isolate. Gli impianti fotovoltaici utilizzano il sole come fonte energetica, catturandone la radiazione attraverso superfici captanti. I vantaggi degli impianti fotovoltaici possono riassumersi in: assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante, in quanto l unico tipo di inquinamento può essere quello dovuto al drogaggio del silicio (anche se irrisorio); anche in fase di smaltimento dei moduli l emissione inquinante è talmente piccola da potersi considerare trascurabile, in quanto il materiale è facilmente riciclabile ; risparmio di combustibili fossili e assenza di produzione di anidride carbonica; 3
affidabilità e silenziosità degli impianti, perché non esistono parti in movimento; costi di esercizio e manutenzione ridotti al minimo; modularità del sistema (per aumentare la potenza dell impianto è sufficiente aumentare il numero dei moduli ed, eventualmente, la potenza dell inverter e del regolatore di carica). E da tener presente che l impianto fotovoltaico è caratterizzato da un elevato costo iniziale (dovuto essenzialmente all elevato costo dei moduli) e da una produzione discontinua a causa della variabilità della fonte energetica (il sole). La produzione elettrica annua di un impianto fotovoltaico dipende, infatti, da diversi fattori: radiazione solare incidente sul sito d installazione; orientamento ed inclinazione della superficie dei moduli; assenza/presenza di ombreggiamenti; prestazioni tecniche dei componenti dell impianto (moduli, inverter ed altre apparecchiature). In condizioni standard, cioè 1 KW/m² ad una temperatura di circa 25 C, calcoliamo la potenza nominale o di picco dell impianto che è molto utile per un primo dimensionamento di massima dell impianto fotovoltaico. Il calcolo viene effettuato moltiplicando la massima potenza che può erogare un singolo modulo per il numero di moduli previsti per la realizzazione dell impianto. Ovviamente questo è un calcolo approssimativo, dato che non tiene conto di diversi fattori, come il rendimento dei componenti dell impianto e la variabilità dell intensità della radiazione solare. Progettazione dell impianto La progettazione di un impianto fotovoltaico si differenzia dalle altre progettazioni di impianti a causa della variabilità della fonte principale, cioè l energia solare, la quale non può in nessun modo essere prevista con precisione e senza applicare margini di tolleranza. Per la progettazione dell impianto dunque ci saranno una serie di elaborazioni tecniche per passare dal progetto preliminare al progetto esecutivo. Le fasi di dimensionamento dell impianto sono: calcolo del fabbisogno dell utenza da servire; determinazione della risorsa solare annua; dimensionamento e verifica del generatore; dimensionamento dei sistemi di accumulo; dimensionamento degli inverter; 4
progetto degli altri elementi costituenti l impianto e delle interazioni con altri impianti. Normativa di riferimento Anche i sistemi di produzione fotovoltaica, così come le altre tipologie di impianto, sono soggetti al rispetto di Normative vigenti in materia di sicurezza e di prestazioni tecniche. Si elencano soltanto quelle principali, non escludendo le varianti o gli aggiornamenti successivamente emanati. CEI 64-8: Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua. CEI 11-20: Impianti di produzione di energia elettrica e gruppi di continuità collegati a reti di I e II categoria. CEI EN 60904-1 (CEI 82-1) : Dispositivi fotovoltaici Parte 1: Misura delle caratteristiche fotovoltaiche tensione-corrente. CEI EN 60904-2 (CEI 82-2): Dispositivi fotovoltaici Parte 2: Prescrizione per le celle fotovoltaiche di riferimento CEI EN 60904-3 (CEI 82-3): Dispositivi fotovoltaici Parte 3: Principi di misura per sistemi solari fotovoltaici per uso terrestre e irraggiamento spettrale di riferimento. CEI EN 61727 (CEI 82-9): Sistemi fotovoltaici (FV) Caratteristiche dell interfaccia di raccordo con la rete CEI EN 61215 (CEI 82-8): Moduli fotovoltaici in Silicio cristallino per applicazioni terrestri. Qualifica del progetto e omologazione del tipo. CEI EN 61646 (CEI 82-12): Moduli fotovoltaici a film sottile per usi terrestri. Qualifica del progetto e approvazione di tipo. CEI EN 50380 (CEI 82-22): Fogli informativi e dati di targa per moduli fotovoltaici CEI 85-25: Guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di Media e Bassa tensione CEI EN 62093 (CEI 82-24): Componenti di sistemi fotovoltaici moduli esclusi (BOS) Qualifica di progetto in condizioni ambientali naturali; (CEI,ASSOSOLARE) CEI EN 61000-3 - 2 (CEI 110-31): Compatibilità elettromagnetica (EMC) Parte 3: Limiti per le emissioni di corrente armonica (apparecchiature con corrente di ingresso inferiore o uguale a 16 A per fase) CEI EN 60555-1 (CEI 77-2): Disturbi nelle reti di alimentazione prodotti da apparecchi elettrodomestici e da equipaggiamenti elettrici simili Parte 1: Definizioni 5
CEI EN 60439-1 (CEI 17-13): Apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per bassa tensione ( quadri BT ) CEI EN 60439-1 (CEI 17-13/1): Apparecchiature soggette a prove di tipo (AS) e apparecchiature parzialmente soggette a prove di tipo (ANS). CEI EN 60439-2 (CEI 17-13/2): Prescrizioni particolari per i condotti barre CEI EN 60439-3 (CEI 17-13/3): Prescrizioni particolari per apparecchiature assiemate di protezione e manovra destinate ad essere installate in luoghi dove personale non addestrato ha accesso al loro uso. Quadri di distribuzione (ASD).CEI EN 60445 (CEI 16-2): Principi base e di sicurezza per l interfaccia uomo-macchina, marcatura e identificazione Individuazione dei morsetti e degli apparecchi e delle estremità dei conduttori designati e regole generali per un sistema alfanumerico. CEI EN 60529 (CEI 70-1): Gradi di produzione degli involucri (codice IP). CEI EN 60099 (CEI 37-1): Scaricatori Parte 1: Scaricatori a resistori non lineari con spinterometri per sistemi a corrente alternata CEI 20-19: Cavi isolati con gomma con tensione nominale non superiore a 450/750 V CEI 20-20: Cavi isolati con polivinilcloruro con tensione nominale non superiore a 4450/750 V CEI EN 62305 (CEI 81-10): Protezione contro i fulmini. Serie composta da: CEI EN 62305-1 (CEI 81-10/1): Principi generali; CEI EN 62305-2 (CEI 81-10/2): Valutazione del rischio; CEI EN 62305-3(CEI 81-10/3): Danno materiale alle strutture e pericolo per le persone; CEI EN 62305-4(CEI 81-10/4): Impianti elettrici ed elettronici interni alle strutture; CEI CEI 81-3: Valori medi del numero di fulmini a terra per anno e per chilometro quadrato 0-2: Guida per la definizione della documentazione di progetto per impianti elettrici CEI 0-3: Guida per la compilazione della dichiarazione di conformità e relativi allegati per la legge n 37/08. UNI 10349: Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Dati climatici; CEI EN 61724 (CEI 82-15): Rilievo delle prestazioni dei sistemi fotovoltaici Linee guida per la misura, lo scambio e l analisi dei dati CEI 13-4: Sistemi di misura dell energia elettrica Composizione, precisione e verifica. CEI 64-8, parte 7, sezione 712: Sistemi fotovoltaici solari (PV) di alimentazione 6
Analisi dell impianto Il progetto dell impianto riguarda un edificio civile di 104 m². L edificio in questione si trova nel comune di Piombino (provincia di Livorno), in una zona non soggetta ad alcun tipo di vincolo, ma distante dalla rete di distribuzione; dato l elevato costo per un eventuale allacciamento alla rete, l utente ha optato per un impianto fotovoltaico stand alone. L edificio in questione è composto da tre stanze e una mansarda, che sarà utilizzata per l istallazione dei vari dispositivi necessari per la realizzazione dell impianto fotovoltaico, alla quale si può accedere attraverso una botola con scala posta nel soffitto. Calcolo del fabbisogno Essendo l impianto elettrico dell edificio totalmente dipendente dall impianto fotovoltaico, dovremo fare un attenta analisi di tutti gli utilizzatori che stanno all interno dell abitazione per poter calcolare la potenza richiesta dall impianto elettrico. Questa abitazione civile è di recente edificazione e quindi è priva di qualsiasi utilizzatore, ma dopo una attenta consulenza con il cliente, abbiamo definito con precisione gli utilizzatori che saranno impiegati. Gli utilizzatori saranno: Una lavatrice: 500W (in quanto sfrutta l energia termica prodotta dall impianto fotovoltaico) Un forno: 2000W Una stufa a pellet: 350W Due televisioni (considerandone una in soggiorno ed una in camera): 400W Una caldaia a gas: 170W Un computer: 200W Prese monofase: 1200W Impianto di illuminazione (composto da lampade a LED): 300W Ovviamente non tutti questi utilizzatori saranno utilizzati contemporaneamente e resteranno in funzione per tutto il giorno. Per questo motivo moltiplicherò il totale delle potenze assorbite per un fattore di riduzione globale (Kg), prendendo come riferimento la tabella X.2.4 del manuale di elettrotecnica: Kg = 0,8. La potenza assorbita sarà quindi: P = 4820 x 0,8= 4096W La potenza richiesta sarà dunque di 5 KW, in modo tale che l energia in eccesso vada a caricare le batterie di accumulatori. 7
Campo fotovoltaico Il campo fotovoltaico sarà quindi composto da 4 stringhe di 5 moduli ciascuna. I moduli su ciascuna stringa producono una tensione massima di 153,5V e una potenza massima di 250W. I pannelli sono costituiti da silicio monocristallino. I dati del pannello sono riportati nel datasheet della casa produttrice Suntech. Campo fotovoltaico Moduli fotovoltaici impiegati 20 Potenza nominale impianto 5KW Numero di stringhe 4 Tensione stringa alla potenza max. 153,5V Tensione stringa a vuoto 187V Corrente stringa alla potenza max. 8,15A Tabella1 Moduli fotovoltaici I moduli hanno un alto rendimento di conversione e sono certificati per resistere a forti venti (3400 Pascal) e alla pressione della neve (5400 Pascal). Inoltre hanno un elevato rendimento anche in condizioni di basso irraggiamento. I moduli sono formati da 60 celle di dimensione 156 x 156 mm², di silicio monocristallino. CARATTERISTICHE TECNICHE Moduli fotovoltaici impiegati Potenza massima nominale STP250S-20/Wd 250W Tensione alla massima potenza 30,7V Corrente alla massima potenza 8,15A Rendimento modulo 15,40% Corrente di corto circuito 8,63A Tensione a circuito aperto 37,4V Dimensioni Peso Spessore vetro 1640 X 992 X 35 mm 18,2Kg 3,2mm Tabella 2 Range termico di funzionamento da -45 C a 80 C 8
Quadro di campo Ognuna delle quattro stringhe farà capo rispettivamente ad un quadro elettrico subito a valle dei moduli; ma a monte del regolatore di carica. Questo quadro viene inserito per agevolare possibili futuri interventi di manutenzione sull impianto a valle dei moduli in totale sicurezza. Le caratteristiche tecniche del quadro sono esplicitate nelle tavole allegate. Regolatore di carica Il regolatore di carica è uno strumento indispensabile per il corretto funzionamento dell'impianto fotovoltaico stand alone. La sua funzione principale è quella di assicurare una corrente costante ai carichi, prelevandola dai pannelli. Si occupa inoltre di interrompere il circuito dei moduli quando la batteria è completamente carica e di disconnettere i carichi quando la batteria è scarica, evitando così stati di sovraccarico o di scarica profonda della batteria e prolungando la sua durata nel tempo. Il regolatore è prodotto da Steca ed il modello è Tarom MPPT6000 Nel nostro impianto sarà presente un regolatore con le seguenti caratteristiche: Caratteristiche tecniche Tabella3 Tensione di sistema Potenza nominale 48V 5KW Rendimento max. >98% Autoconsumo 2W Dimensioni 295 x 335 x 125 mm Peso Grado di protezione 6,3Kg IP31 Lato ingresso CC Tensione MPPT/stringa 17 V - 170 V Tensione a vuoto modulo solare / stringa Corrente modulo 20 V - 200 V 2 x 30 A Lato uscita CC Corrente di carica 60A Tensione di fine carica 55,6V Tensione carica boost 57,6V Carica di compensazione 58,8V Tensione di ripristino (LVR) Protezione da scarica profonda (LVD) 50V 46V 9
Protezione linea batterie La linea che collega il regolatore di carica con le batterie ha la protezione integrata nel regolatore, con la funzione di: Protezione da sovraccarica Protezione da scarica profonda Protezione contro l inversione di polarità di modulo e batteria Fusibile elettronico automatico Protezione da sovratensione sull ingresso del modulo Protezione contro il funzionamento a vuoto senza batteria Protezione da corrente di ritorno durante la notte Protezione da sovratemperatura e sovraccarico Disinserzione in caso di sovratensione della batteria Inserisco comunque un quadro (Quadro Accumulatori) composto da sezionatori con fusibili per un ulteriore protezione in ogni linea delle batterie e nella linea che porta all inverter, con un potere di interruzione su corto circuito di 20KA. Batterie di accumulatori Per il dimensionamento dell impianto di accumulazione prendo in considerazione il mese con la minore produzione di energia (vedi tabelle seguenti sulla radiazione). Questo perché, dato che i moduli non produrranno molto e ci saranno molte giornate nuvolose, l impianto dipenderà in modo più consistente dalle batterie di accumulatori. Per questo farò i miei calcoli nel mese di dicembre, che, come si può vedere nella tabella illustrativa, è il mese in cui il pannello produce di meno. Per dimensionare il numero e la capacità delle batterie, queste devono essere in grado di produrre quanto prodotto dal pannello in un giorno. L energia legata alla radiazione incidente sui pannelli in un giorno corrisponde: Eg = 2,72 x 32,54=(KW h/m²/giorno) x ( m²)= 88,5 KW h giorno Ma il pannello ha un rendimento del 15,4%, quindi solo questa parte di radiazione viene trasformata in energia utile. Quindi: P = 88,5 x 15,4 /100= 13,629 KW/ h giorno L impianto di accumulo dovrà avere un autonomia di 7 giorni. L energia che le batterie dovranno accumulare sarà dunque di 95,4 KW/ h. Essendo alimentate a 48V dal regolatore di carica, dovrò mettere in serie 24 batterie (ciascuna di esse ha una tensione di 2V). Non potendo con una sola stringa ottenere quell energia, dovrò fare 3 serie di 24 batterie collegate in parallelo. Dunque ogni batteria dovrà avere una capacità di: 10
C(Ah)= [ 95,4/3 ] /48 = 662,5Ah Le caratteristiche delle batterie scelte sono riportate nella seguente tabella: Caratteristiche accumulatori Marca e modello FIAMM industrial batteries / gamma LMSolarOPzS Tipo LM/S 710 Capacità Corrente di corto circuito Resistenza interna Peso Dimensioni 710Ah 4320A 0,458mΩ 38,1Kg 166 x 206 x 536 mm Terminali +/- 1/1 Tabella 4 Sistema di conversione DC/AC Il sistema di conversione sarà effettuato mediante un inverter certificato (conforme sia alle normative CE, sia alla Direttiva RoHS ). Inoltre dovrà contenere i dispositivi di sconnessione automatica dalla rete per valori fuori soglia di tensione e frequenza nominali. All inverter arriverà una stringa proveniente dall uscita delle batterie (ed in parallelo con il regolatore di carica). Dall uscita di esso, partirà una linea monofase la cui tensione avrà una forma d onda perfettamente sinusoidale. L inverter può essere interamente configurato attraverso il controllo a distanza. Se è disponibile un software con nuove funzioni, esso può essere trasferito nel sistema, in modo tale che il dispositivo sia sempre aggiornato. La casa produttrice è Steca ed il modello è Steca Xtender XTH. Caratteristiche del prodotto Tensione sinusoidale pura Eccellente comportamento in sovraccarico Protezione ottimale della batteria Riconoscimento automatico del carico Azionabile in parallelo 11
Ripartizione della potenza impostabile (Power Sharing) Affidabile e silenzioso per tutti i tipi di utenze Supporto di fonti di corrente alternata (Smart-Boost) Supporto automatico per elevati picchi di potenza (Power Shaving) Relé di commutazione rapido Alto rendimento Regolato mediante un processore di segnale (DSP) Mentre le caratteristiche tecniche dell inverter sono: Caratteristiche inverter Modello XTH 6000-48 Rendimento 96% Grado di protezione IP20 Protezioni Protezione da scarica profonda Protezione inversione polarità Protezione corto circuito AC Disinserzione da sovratensione delle batterie Ingressi DC Potenza massima Tensione sistema Potenza 30 min. Potenza 5 SEC. 5KW 48V 6KW 15KW Uscite AC Potenza nominale Intervallo di tensione nominale 5KW 195-264 Vac Corrente massima in uscita 21,7A Tabella 5 Sistema di montaggio a tetto di copertura La casa produttrice costruisce i moduli con profili perimetrali in alluminio anodizzato che saranno saldamente fissati alla copertura tramite staffe in acciaio, capaci di garantire comunque la impermeabilità della struttura stessa. I moduli invece saranno fissati alle rispettive staffe con opportuni morsetti di serraggio. 12
Quadro di protezione del generatore Immediatamente a valle dell inverter verrà inserito un interruttore magnetotermico in grado di proteggere sia dalle correnti di corto circuito che da normali sovracorrenti (vedi allegato). Calcolo della produzione di energia elettrica Il calcolo della produzione dell energia elettrica su base annua viene effettuato con un apposito programma, conforme alle norme. Nel programma vanno inseriti vari dati che variano a seconda della locazione dell impianto fotovoltaico: la radiazione giornaliera media mensile su superficie orizzontale, le caratteristiche del pannello, l azimut, l angolo di tilt, la latitudine e la riflettenza del suolo. Quasi tutti questi dati si possono ricavare attraverso apposite tabelle. Radiazione giornaliera media mensile su superficie orizzontale (kwh/m 2 /giorno) Totale gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic annuale 1,81 2,58 3,94 4,92 6,08 6,61 6,61 5,69 4,33 3,08 1,97 1,53 1499 caratteristiche del generatore PV e dell' inverter Potenza nominale generatore PV (kw) Perdite generatore PV (%) Efficienza inverter (%) 5,00 15,0 96,0 caratteristiche del sito esposizione del generatore PV Latitudine ( ) 42,92 Angolo di tilt ( ) 30,00 Riflettanza suolo 0,27 Angolo di azimut ( ) 0,00 Radiazione giornaliera media mensile incidente sul generatore PV (kwh/m 2 /giorno) Totale gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic annuale 3,16 3,80 4,89 5,26 5,90 6,15 6,28 5,87 5,11 4,37 3,21 2,72 1.727 Rapporto tra l'energia incidente sul generatore PV e quella incidente sulla superficie orizzontale 1,15 Energia producibile dall'impianto PV (kwh/anno) 7120 Cablaggi I conduttori da utilizzare per il cablaggio del sistema dovranno avere i seguenti requisiti: 13
Autoestinguenti e non propaganti l incendio Cavo unipolare per i circuiti di potenza Estremità stagnate o finite con idonei capicorda Si dovranno utilizzare conduttori con le seguenti sezioni minime: Linea moduli-regolatore: cavo solare 4mm² sezione minima (vedi allegato) Linea regolatore di carica-batterie: cavo 35mm² sezione minima (vedi allegato) I cavi di collegamento tra i moduli dovranno essere accuratamente fissati alla struttura tramite fascette con canalizzazione a vista. Impianto di dispersione di terra L impianto fotovoltaico si presenta a doppio isolamento ( uno principale ed un supplementare, per assicurare dalle tensioni di contatto in caso di cedimento di quello principale) per quanto riguarda la parte a monte del convertitore. Come impianto di dispersione di terra potrà essere utilizzato anche quello del fabbricato in oggetto per il collegamento con l inverter. In questa fase occorre assicurarsi del corretto coordinamento tra resistenza di terra e corrente differenziale nominale. Protezione contro i contatti diretti Le cassette di derivazione, le tubazioni, gli involucri e le barriere di protezione dovranno comunque essere saldamente ancorate alle strutture, in modo tale da permettere e garantire stabilità e protezione nel tempo, tenendo conto delle particolari condizioni di servizio prevedibili e della situazione ambientale. Inoltre, i dispositivi trovandosi nella mansarda, saranno accessibili solo a personale addetto, o, nell eventualità, dal proprietario. Protezione contro i contatti indiretti La protezione contro i contatti indiretti verrà realizzata tramite il coordinamento dell impianto di dispersione di terra e le protezioni attraverso interruttori differenziali. Il conduttore di protezione dovrà essere collegato a tutte le masse metalliche suscettibili di assumere potenziali pericolosi per le persone che potrebbero venirne in contatto. 14
Protezione delle condutture Le linee saranno scelte tenendo presente che la loro portata Iz deve essere superiore al valore della corrente di impiego Ib che scorre nel cavo e, quindi, assorbita dagli utilizzatori, oltre che al valore nominale degli interruttori di protezione. Questo è fatto allo scopo di evitare un invecchiamento precoce del cavo ed evitare che circolino correnti troppo elevate per le condutture, tali da causare guasti che possono a loro volta causare seri danni all intero edificio. Per proteggere le linee, dunque, la corrente di intervento If del dispositivo di protezione dovrà essere comunque minore o uguale a 1,45 volte la portata Iz del conduttore (questo vale per la protezione da sovracorrenti). Riassumendo: Ib<In<Iz If<1.45 Iz Gli interruttori automatici dovranno essere conformi alle Norme CEI 23-3 e CEI 17-5, relativi alle Norme internazionali IEC 947-1, IEC 947-2, IEC 947-3, IEC 947-5/1. Per la protezione dalle correnti di corto circuito il dispositivo dovrà soddisfare l integrale di t joule: i²(t)dt K²S². Normalmente se utilizziamo dispositivi di protezione commerciali o 0 regolabili, possiamo anche non verificarlo, a condizione che il suo potere di interruzione sia maggiore della corrente di corto circuito. L impiego di interruttori con potere di interruzione minore del valore della corrente di corto circuito presunta potrà essere consentito solo nel caso in cui a monte della linea stessa sia presente un ulteriore dispositivo avente il necessario potere di interruzione. In questo caso le caratteristiche dei due interruttori dovranno essere coordinate in modo tale che l energia specifica passante, rilasciata dal dispositivo a monte, non risulti superiore a quella che potrà essere sopportata senza danno dal dispositivo a valle e dalle condutture protette. Considerazioni generali A causa dell elevata qualità dei vari dispositivi all interno dell impianto, esso avrà un costo complessivo piuttosto elevato. Risulta comunque minore rispetto al possibile allacciamento alla rete di distribuzione ed inoltre tutta l energia prodotta è gratuita. Il costo dell impianto si ammortizzerà negli anni. Inoltre verrà dato un incentivo da parte dello Stato (se pur non molto elevato) a seconda della fascia in cui l impianto rientra. 15
Tutti i dati e le schede tecniche sono state presi dalle varie tabelle del manuale di elettrotecnica, dalle case produttrici dei dispositivi e da appositi software. Modellino Il modellino in legno è una rappresentazione in scala 5:1 dell edificio civile in questione. Su questo modello è stato montato un pannello fotovoltaico da 5W in grado di alimentare assieme alle batterie un impianto di illuminazione dimostrativo, composto da due lampade a led. Dato il basso voltaggio del sistema, delle piccole potenze in gioco e l elevato costo del dispositivo elettronico, non è stato possibile introdurre nell impianto un inverter, che però è simulato dalla scatola in legno, con scritto inverter. Il modellino è dunque alimentato in CC, ad una tensione di 12V. Le seguenti tabelle esplicheranno le caratteristiche tecniche dei vari componenti all interno dell impianto: Caratteristiche pannello fotovoltaico Potenza massima 5W Corrente nominale 0,28A Tensione nominale 18V Corrente di corto circuito 0,31A Tensione di corto circuito Dimensioni 21-9V 260 X 240 X 18 mm Caratteristiche regolatore di carica Tipo di regolatore di carica 8A Tensione del sistema 12/24V Preavviso 11,7V Disconnessione 11,1V Riconnessione 12,6V Tensione di carica 12,4V Tensione di fine carica 13,7V Protezione IP 22 Dimensioni Peso 188 x 106 x 49 mm 420g 16
Caratteristiche lampada LED Tensione nominale Potenza nomilale Tono colore Diametro Lunghezza Luminosità 12V 1W Bianco caldo 50mm 51mm 74lm Caratteristiche batteria Tensione nominale Corrente nominale 12V 6Ah Tabella 6 Il problema principale che ho affrontato è stato con quale inclinazione e lampadina (dato che non è possibile sfruttare i raggi solari) irraggiare il pannello fotovoltaico, perché, lavorando in tensione, il regolatore di carica sotto una determinata soglia disconnette il circuito e non permette dunque la ricarica della batteria di accumulo, né tantomeno alimenta l impianto di illuminazione dimostrativo in CC. Un altro problema che ho dovuto affrontare è quello che il dispositivo di regolazione di carica doveva essere programmato per un certo tipo di funzione, che variava le funzionalità del regolatore a seconda di come si collegavano dei connettori nel circuito stampato. L impianto è stato utilizzato per l alimentazione del sistema d allarme (Arduino), svolto dal candidato Lorenzo Ghini ed inserito nello stesso modellino. Di seguito sono riportate alcune foto in cui si mostrano qualche fase della costruzione del modellino e del circuito: Fase di montaggio e pittura del modellino. 17
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