Inverter Power-One Aurora Serie PLUS e PLUS-HV: guida al dimensionamento del generatore fotovoltaico con Aurora Designer e Power One String Tool Author: Gianluca Marri Approver: Antonio Rossi Date: 2012/05/03 Scopo Guida al dimensionamento del generatore fovoltaico con Inverter Aurora Power-One PVI-XXX.0, mediante il configuratore offline Aurora Designer e il configuratore online Power-One String Tool. Entrambi gli strumenti di dimensionamento sono disponibili nel sito: www.power-one.com. Campo di applicazione I modelli a cui il documento si riferisce sono gli Inverter Aurora Power-One PVI-XXX.0 Serie PLUS e PLUS- HV, di cui alla tabella 1. Serie PLUS (Inverter con moduli da 55kW) Serie PLUS con trasformatore di isolamento (Inverter con moduli da 55kW) Serie PLUS-HV (Inverter con moduli da 67kW) PVI-55.0-TL PVI-55.0 PVI-134.0-TL PVI-110.0-TL PVI-110.0 PVI-200.0-TL PVI-165.0-TL PVI-165.0 PVI-267.0-TL PVI-220.0-TL PVI-220.0 PVI-334.0-TL PVI-275.0-TL PVI-275.0 PVI-400.0-TL PVI-330.0-TL PVI-330.0 Tab. 1: Inverter PVI-XXX.0 Serie PLUS e PLUS-HV: tipologie 1
Vin,mpp(min) [Vdc] Inv_PLUS(-HV)_PV Sizing_rev.2012-05-03 PVI-XXX.0 - PLUS, PLUS-HV: Range di funzionamento e tensione di uscita Gli inverter centralizzati Power-One della serie PLUS e PLUS-HV sono caratterizzati da una struttura modulare i cui moduli di conversione hanno topologia monostadio. Questo significa che lo stesso convertitore di potenza si occupa di tutte le funzioni di conversione della potenza, di ricerca del punto di massima potenza del generatore fotovoltaico (algoritmo MPPT) e di controllo della corrente immessa in rete. Questa topologia single-stage transformerless (singolo stadio di conversione, senza trasformatore di isolamento) permette di avere elevati livelli di efficienza di conversione ed è caratterizzata da una proporzionalità diretta tra la tensione di rete a cui l inverter lavora (lato AC) ed il valore minimo della tensione di ingresso per il quale l inverter è in grado di convertire ed immettere potenza in rete. La relazione che lega la tensione di ingresso minima per funzionamento in MPPT e la tensione di rete alla quale è possibile trasferire energia dal campo fotovoltaico, è la seguente: Vin, mpp(min) Vgrid 2 1,03 20 Vin,mpp(min)=f(Vgrid) 510,00 500,00 490,00 480,00 470,00 460,00 450,00 440,00 430,00 280 290 300 310 320 330 340 Vgrid [Vac] Fig.1: Inverter PVI-XXX.0 Serie PLUS e PLUS-HV: Legame tra Vgrid e Vin Si conclude quindi che il valore della tensione minima per il funzionamento in MPPT e quindi per l iniezione di potenza in rete dipende dalla tensione di lavoro AC del modulo di conversione e che un eventuale divergenza (in aumento) del valore di tensione di rete dal valore nominale (320Vac per i moduli da 55kW che compongono i modelli della serie PLUS, 380Vac per i moduli da 67kW che compongono i modelli della serie PLUS-HV) porta ad una riduzione dell intervallo di funzionamento in MPPT a piena potenza del modulo. La figura di seguito riporta il comportamento del modulo di conversione al variare della tensione di rete. 2
Fig.2: Range di tensione per operazioni in MPPT al variare della tensione di rete Una volta effettuato il dimensionamento del generatore fotovoltaico e quindi stabilita la curva caratteristica del generatore fotovoltaico, il punto di lavoro del modulo può dipendere dalla tensione di rete a cui il modulo lavora. Se la tensione di rete a cui lavora il modulo di conversione è pari alla tensione nominale (320Vac), il range di tensione per operazione in MPPT si estende fino a 485Vdc. In queste condizioni il modulo è in grado di intercettare il punto di massima potenza e quindi estrae e converte la massima potenza che il generatore fotovoltaico mette a disposizione. Se la tensione di rete a cui lavora il modulo di conversione è superiore alla tensione nominale (es. 330Vac), il range di tensione per operazione in MPPT si riduce e non scende oltre i 500Vdc. In queste condizioni il modulo non è in grado di intercettare il punto di massima potenza e si porta a lavorare nel punto (B), cioè alla tensione minima che permette il trasferimento di potenza in rete. In queste condizioni, non viene estratta la massima potenza che il generatore mette a disposizione: la potenza non estratta è pari al P indicata in figura. La tensione di connessione alla rete è quindi molto importante, perchè determina la tensione minima di funzionamento in MPPT del modulo di conversione. Occorre tenere conto di questo comportamento del modulo in fase di configurazione del generatore fotovoltaico: una configurazione prossima al valore 3
minimo di funzionamento in MPPT in condizioni nominali potrebbe portare ad una riduzione della produzione per il meccanismo descritto a causa dell aumento della tensione di rete ai morsetti di uscita del modulo di conversione. Nota: Per quanto riguarda la serie PLUS in fase di ordine è possibile scegliere, nel modulo di caratterizzazione, una tensione di uscita dei moduli di conversione a 300 o 320 Vac: questo permette di ampliare il range di tensione di funzionamento in MPPT fino a 455Vdc e quindi ottenere maggiore margine di configurazione. Serie PLUS Serie PLUS-HV Potenza Modulo 55 kw 55 kw 67 kw Tensione di ingresso massima 1000Vdc 1000Vdc 1000Vdc Tensione di ingresso minima per funzionamento MPPT 465Vdc 485Vdc 570Vdc Tensione di uscita moduli di conversione 3F / / 300Vac 3F / / 320Vac 3F / / 380Vac Efficienza massima modulo di conversione 97,5% 98% 97,7% Accessibilità Frontale totale Frontale totale Frontale totale Tab. 2: Inverter PVI-XXX.0, caratteristiche generali PLUS e PLUS-HV PVI-XXX.0: Possibili configurazioni Gli inverter centralizzati Aurora PVI-XXX.0 offrono tre possibilità di configurazione di ingresso di per soddisfare le esigenze di di costruzione del campo fotovoltaico. Serie PLUS A) MULTI-MASTER: i moduli da 55kW che compongo l inverter si comportano come inverter separati e gestiscono generatori fotovoltaici indipendenti tra loro. Il principale vantaggio della configurazione Multi-Master risiede nella flessibilità di configurazione (ogni modulo può essere configurato in modo diverso rispetto agli altri) e nell elevato numero di MPPT indipendenti che l inverter mette a disposizione. Lo svantaggio risiede nel fatto che, in caso di guasto di uno dei moduli, viene persa l intera produzione associata al modulo, proprio in virtù della completa indipendenza dei moduli di conversione. 4
Versione con trasformatore Versione senza trasformatore Numero di MPPT indipendenti in configurazione M-M Potenza nominale AC di ciascuno degli MPPT disponibili PVI-55.0 PVI-55.0-TL 1 55kW PVI-110.0 PVI-110.0-TL 2 55kW PVI-165.0 PVI-165.0-TL 3 55kW PVI-220.0 PVI-220.0-TL 4 55kW PVI-275.0 PVI-275.0-TL 5 55kW PVI-330.0 PVI-330.0-TL 6 55kW B) MULTI-MASTER/SLAVE: i moduli di conversione da 55kW sono collegati in parallelo tra loro a coppie, realizzando così un comportamento come inverter separati di potenza 110kW; la configurazione è prevista per le macchine di potenza superiore a 110kW. Versione con trasformatore Versione senza trasformatore Numero di MPPT indipendenti in configurazione M-M/S Potenza nominale AC di ciascuno degli MPPT disponibili PVI-165.0 PVI-165.0-TL 2 1x55kW + 1x110kW PVI-220.0 PVI-220.0-TL 2 2x110kW PVI-275.0 PVI-275.0-TL 3 1x55kW + 2x110kW PVI-330.0 PVI-330.0-TL 3 3x110kW C) MASTER/SLAVE: i moduli di conversione da 55kW sono collegati in parallelo tra loro, realizzando così un comportamento come un unico inverter con potenza complessiva pari alla somma delle potenze dei moduli che compongono l inverter. Il principale vantaggio della configurazione Master/Slave risiede nella presenza del parallelo tra i moduli di conversione: questa connessione in parallelo permette una ridondanza di funzionamento per cui in caso di guasto di uno dei moduli di conversione, si ha una riduzione della produzione solo nel caso in cui la potenza disponibile dal generatore fotovoltaico eccede la capacità di conversione dei moduli che rimangono in servizio. Lo svantaggio risiede nella ridotta flessibilità di configurazione del generatore fotovoltaico e nella necessità di dispositivi esterni di protezione dell inverter (rif. manuale di installazione degli inverter). 5
Versione con trasformatore Versione senza trasformatore Numero di MPPT indipendenti in configurazione M/S Inv_PLUS(-HV)_PV Sizing_rev.2012-05-03 Potenza nominale AC di ciascuno degli MPPT disponibili PVI-110.0 PVI-110.0-TL 1 110kW PVI-165.0 PVI-165.0-TL 1 165kW PVI-220.0 PVI-220.0-TL 1 220kW PVI-275.0 PVI-275.0-TL 1 275kW PVI-330.0 PVI-330.0-TL 1 330kW Serie PLUS-HV A) MULTI-MASTER: i moduli da 67kW che compongo l inverter si comportano come inverter separati e gestiscono generatori fotovoltaici indipendenti tra loro. Il principale vantaggio della configurazione Multi-Master risiede nella flessibilità di configurazione (ogni modulo può essere configurato in modo diverso rispetto agli altri) e nell elevato numero di MPPT indipendenti che l inverter mette a disposizione. Lo svantaggio risiede nel fatto che, in caso di guasto di uno dei moduli, viene persa l intera produzione associata al modulo, proprio in virtù della completa indipendenza dei moduli di conversione. Versione senza trasformatore Numero di MPPT indipendenti in configurazione M-M Potenza nominale AC di ciascuno degli MPPT disponibili PVI-134.0-TL 2 67kW PVI-200.0-TL 3 67kW PVI-267.0-TL 4 67kW PVI-334.0-TL 5 67kW PVI-400.0-TL 6 67kW B) MULTI-MASTER/SLAVE: i moduli di conversione da 67kW sono collegati in parallelo tra loro a coppie, realizzando così un comportamento come inverter separati di potenza 134kW; la configurazione è prevista per le macchine di potenza superiore a 134kW. 6
Versione senza trasformatore Numero di MPPT indipendenti in configurazione M-M/S Inv_PLUS(-HV)_PV Sizing_rev.2012-05-03 Potenza nominale AC di ciascuno degli MPPT disponibili PVI-200.0-TL 2 1x67kW + 1x134kW PVI-267.0-TL 2 2x134kW PVI-334.0-TL 3 1x67kW + 2x134kW PVI-400.0-TL 3 3x134kW C) MASTER/SLAVE: i moduli di conversione da 67kW sono collegati in parallelo tra loro, realizzando così un comportamento come un unico inverter con potenza complessiva pari alla somma delle potenze dei moduli che compongono l inverter. Il principale vantaggio della configurazione Master/Slave risiede nella presenza del parallelo tra i moduli di conversione: questa connessione in parallelo permette una ridondanza di funzionamento per cui in caso di guasto di uno dei moduli di conversione, si ha una riduzione della produzione solo nel caso in cui la potenza disponibile dal generatore fotovoltaico eccede la capacità di conversione dei moduli che rimangono in servizio. Lo svantaggio risiede nella ridotta flessibilità di configurazione del generatore fotovoltaico e nella necessità di dispositivi esterni di protezione dell inverter (rif. manuale di installazione degli inverter). Versione senza trasformatore Numero di MPPT indipendenti in configurazione M/S Potenza nominale AC di ciascuno degli MPPT disponibili PVI-134.0-TL 1 134kW PVI-200.0-TL 1 200kW PVI-267.0-TL 1 267kW PVI-334.0-TL 1 334kW PVI-400.0-TL 1 400kW 7
MULTI-MASTER MULTI-MASTER/SLAVE MASTER/SLAVE Fig.3: PVI-330.0-TL/PVI-400.0-TL: possibili configurazioni Dimensionamento del generatore fotovoltaico da collegare ad inverter PVI-XXX.0 Per illustrare la procedura di dimensionamento di un impianto fotovoltaico con inverter Aurora Power- One PVI-XXX.0, si considera per esempio un impianto fotovoltaico con i seguenti dati di progetto: - n 966 moduli Sharp ND-F220A1 da 220 wp, per una potenza totale pari a 212.52 kwp - Installazione a tetto - Coeff. Derating Pannelli 0,975 (perdite lato DC pari al 2,5%) - Temperatura ambiente massima pari a +40 C - Temperatura ambiente minima pari a -10 C Esempio di configurazione con Inverter PVI-220.0-TL in modalità MULTI-MASTER La modalità MULTI-MASTER si basa sull indipendenza funzionale dei moduli di conversione che compongono l inverter. I generatori fotovoltaici che compongono l impianto devono essere indipendenti tra loro e il numero di MPPT è pari al numero di moduli di conversione che compongono l inverter. Quindi, nel caso in esempio, abbiamo n 4 MPPT indipendenti da configurare. 8
Questa modalità è consigliabile quando il generatore fotovoltaico non è omogeneo in termini di condizioni di installazione e quindi si renda necessaria la suddivisione in più MPPT. Considerando i dati di progetto andiamo a configurare i 4 moduli da 55 kw. A titolo di esempio utilizzeremo 4 configurazioni diverse per ciascun modulo, in modo da poter illustrare alcune possibili situazioni. Inverter PVI-220.0-TL, configurazione moduli da 55kW: 1 modulo da 55kW => 21 pannelli per 12 stringhe (252 pannelli) 2 modulo da 55kW => 23 pannelli per 10 stringhe (230 pannelli) 3 modulo da 55kW => 20 pannelli per 11 stringhe (220 pannelli) 4 modulo da 55kW => 22 pannelli per 12 stringhe (264 pannelli) Totale 966 moduli installati Per la verifica della configurazione utilizziamo il configuratore offline Aurora Designer. AURORA DESIGNER: Utilizzo del configuratore off-line Il foglio di calcolo Aurora Designer è uno strumento con il quale effettuare il dimensionamento del generatore fotovoltaico da associare agli inverter Aurora. La configurazione si effettua nel foglio Input Sheet, attraverso i seguenti passi: 1. Scelta della lingua; 2. Scelta del pannello da utilizzare. Qualora il pannello interessato non sia presente nel database del foglio di calcolo è possibile: a. Inserirlo attraverso il foglio Add Module, inserendo i dati richieste nelle celle di inserimento: i. Brand: marca del pannello; ii. Modul Typ: modello del pannello; iii. STC Power: potenza nominale in condizioni STC, espressa in W; iv. Umpp: tensione nel punto di massima potenza in condizioni STC, espressa in V; v. Uoc: tensione a vuoto in condizioni STC, espressa in V; vi. Impp: corrente nel punto di massima potenza in condizioni STC, espressa in A; vii. Isc: corrente di corto circuito in condizioni STC, espressa in A; viii. Max Syst. Voltage: massima tensione di sistema del pannello, espressa in V; ix. Tco Isc: coefficiente di temperatura della corrente di corto circuito, espresso in ma/ K; 9
x. Tco Voc: coefficiente di temperatura della tensione a vuoto, espresso in V/ K. Brand EcoPower Modul Typ EP 230 P60 STC Power Umpp Uoc Impp Isc max. Sys.Voltage 230 Wp 30,72 V 36,9 V 7,48 A 8,01 A 1000 V Tco Isc Tco Uoc 4,005 ma/k -0,13284 V/K 3. Se poi si vuole che tale modulo faccia parte in modo permanente del database del configuratore, inviare una mail al supporto Power One per richiedere l inserimento del pannello nel data base http://it.power-one.com/renewable-energy/submit-your-inquiry 4. Scelta dell inverter: selezionare il modello di inverter per la realizzazione dell impianto. 5. Scelta del tipo di montaggio dei pannelli: il montaggio dei pannelli incide sull aumento di temperatura delle celle rispetto alla temperatura ambiente. Nel configuratore è possibile selezionare uno tra 3 tipi di montaggio: a. Montaggio su inseguitore solare: in questo caso il configuratore applica alla cella +25 C rispetto alla temperatura ambiente massima impostata; b. Montaggio su struttura: in questo caso il configuratore applica +30 C sulla temperatura ambiente massima impostata; c. Montaggio a tetto: in questo caso il configuratore applica +35 C sulla temperatura ambiente massima impostata. 10
6. Impostazione delle temperature ambiente minima e massima: devono essere inserite le temperature ambiente e non le temperature minima e massima delle celle dei pannelli del generatore fotovoltaico. Il configuratore considererà: a. Per il calcolo delle grandezze alla minima temperatura ambiente, il valore di minima temperatura ambiente impostato (ovvero se viene inserita una temperatura ambiente minima di -10 C, il configuratore effettuerà il calcolo delle tensioni di stringa considerando una temperatura di cella pari a -10 C). b. Per il calcolo delle grandezze alla massima temperatura ambiente, il valore di massima temperatura ambiente impostato maggiorato dell incremento di temperatura legato al tipo di montaggio scelto (ovvero se viene inserita una massima temperatura ambiente di 40 C ed un montaggio a tetto, il configuratore effettuerà la valutazione dei parametri con una temperatura di cella di 40 C+35 C=75 C). c. Per il calcolo della grandezza Vmp,typ@25 C ambiente, il valore di temperatura ambiente 25 C maggiorato dell incremento di temperatura legato al tipo di montaggio scelto (ovvero se viene scelto un montaggio a tetto, il configuratore effettuerà la valutazione dei parametri con una temperatura di cella di 25 C+35 C=60 C). 7. Impostazione del coefficiente di derating dei pannelli Il Coefficente di Derating dei Pannelli (CDP) è una stima delle perdite nella sezione DC dell impianto. Questo valore rappresenta il rapporto tra la potenza che risulta disponibile per la conversione ai morsetti di ingresso dell inverter e la potenza nominale installata. In altre parole tiene conto delle perdite del circuito in DC: si può parlare di efficienza del circuito DC, da non confondere, in ogni caso con l efficienza dei pannelli FV. Le perdite che si hanno nella sezione DC dell impianto fanno sì che, in condizioni STC (Standard Tests Conditions), la potenza nominale installata possa non essere interamente disponibile per la conversione ai morsetti di ingresso dell inverter. Tra le voci di perdita nel circuito DC possono essere incluse: a. Perdite per conduzione nei cavi di collegamento; b. Perdite per conduzioni nei fusibili, sezionatori ed altri dispositivi di protezione eventualmente presenti; 11
c. Perdite legate allo sporco che si deposita sui pannelli; d. Perdite di mismatching ovvero perdite legate alla non perfetta uguaglianza tra le caratteristiche elettriche dei pannelli. Nominalmente, infatti, i pannelli sono tutti uguali tra loro ed hanno le stesse caratteristiche elettriche. Tuttavia, come risulta dalle prove di flash test, risulta che i pannelli hanno (seppur minime) differenze di grandezze elettriche. Poichè il generatore fotovoltaico è un insieme di pannelli variamente collegati tra loro in serie/parallelo, se non viene effettuato un sorting dei pannelli ovvero una scelta dei pannelli con cui costruire le varie stringhe, si possono avere perdite legate a queste disomogeneità (in termini di corrente per quanto riguardano i pannelli nella stessa stringa ed in termini di tensione tra le varie stringhe per quanto riguardano le stringhe in parallelo). 8. Configurazione del generatore fotovoltaico: scelta del numero di pannelli in serie e quindi di stringhe in parallelo per ciascun MPPT (in caso di configurazione a canali indipendenti) oppure per il singolo MPPT (in caso di configurazione a canali in parallelo). AURORA DESIGNER: Configurazione dei singoli moduli da 55kW Nella sezione Passo 1 Input Dati Generali andiamo a selezionare la marca e il modello di pannello previsto a progetto. Selezioniamo PVI-55.0 (or 55kW module), tipo di montaggio e temperature ambiente massima / minima. Nota: In caso di configurazione di un inverter PVI-XXX.0 Multi-Master con numero di moduli superiore a 2, con Aurora Designer è necessario configurare un modulo da 55/67 kw per volta. Andiamo a configurare il 1 modulo e impostiamo una configurazione con 21 pannelli per 12 stringhe, per un totale di 252 pannelli. 12
Fig.4: Configurazione 1 modulo da 55kW con Aurora Designer Nella sezione Risultati Configurazione del sistema verifichiamo la potenza totale fotovoltaica installata nel modulo da 55kw ( Pot.Totale FV STC ) e la Potenza Totale in ingresso all Inverter ( Pot. Totale Ingresso DC ). Il secondo valore è opportunamente corretto sulla base del valore impostato di Coeff. Derating Pannelli. In caso di coefficiente pari ad 1, Pot.Totale FV ST C e Pot. Totale Ingresso DC sono uguali. Sulla base di questi valori, il configuratore restituisce una stima di potenza in uscita all Inverter ( Stima potenza uscita Inverter ) e una percentuale ( Pot.Totale FV STC / Pot.Nom-Max Ac Inverter ) data dal rapporto tra la Potenza Installata e la Potenza Nominale-Massima dell Inverter. (nel caso degli Inverter centralizzati PVI-XXX.0, i valori di Potenza Nominale e Potenza Massima corrispondono) Nella sezione Risultati Tensioni e Correnti verifichiamo la correttezza della nostra configurazione sulla base delle temperature che abbiamo impostato, in funzione dei range di lavoro dell Inverter. Si può notare che la configurazione delle stringhe, da noi scelta nell esempio, viene segnalata come ottimale, questo perchè la tensione Vmp,typ@25C Ambiente risulta essere pari a 556Vdc, ovvero nell intorno del valore di tensione di ingresso nominale dell inverter. 13
Passiamo ora al 2 modulo e impostiamo una configurazione con 23 pannelli per 10 stringhe, per un totale di 230 pannelli. Fig.5: Configurazione 2 modulo da 55kW con Aurora Designer In questo caso la configurazione delle stringhe non viene segnalata come ottimale, ma se verifichiamo la sezione Risultati Tensioni e Correnti è importante evidenziare che la configurazione del 2 modulo risulta essere comunque corretta e funzionale, in quanto la tensione Vmp,typ@25C Ambiente risulta essere pari a 609Vdc, ampiamente nella zona di lavoro dell inverter. Il vantaggio di una tensione DC più alta è quello, a parità di potenza installata, di ridurre il numero di stringhe in parallelo lato DC, semplificando il cablaggio, riducendo le perdite di distribuzione e offrendo la possibilità di monitoraggio della singola stringa. Infine il valore della tensione Voc,Max@-10C (951Vdc) verifica la configurazione selezionata, risultando minore di 1000V. Per il 3 modulo, impostiamo una configurazione con 20 pannelli per 11 stringhe, per un totale di 220 pannelli. 14
Fig.6: Configurazione 3 modulo da 55kW con Aurora Designer La configurazione delle stringhe viene segnalata come ottimale (Vmp,typ@25C Ambiente = 529Vdc). In questo caso specifico controlliamo, nella sezione Risultati Tensioni e Correnti, anche il valore della tensione Vmp,Min@40C in funzione dei range minimi di lavoro dell Inverter. In questa configurazione, la tensione Vmp,Min@40C risulta essere 497Vdc, maggiore della Minima Tensione di funzionamento in MPPT dell Inverter (485Vdc). Nota: In fase di dimensionamento di un Inverter PVI-XXX.0, è consigliabile mantenere un margine di 15Vdc tra la Vmp,Min e la Minima Tensione di funzionamento in MPPT dell Inverter, per prevenire eventuali cali prestazionali in termini di Tensione del generatore FV. Infine per il 4 modulo dell Inverter PVI-220.0-TL, impostiamo una configurazione con 22 pannelli per 12 stringhe, per un totale di 264 pannelli. 15
Fig.7: Configurazione 4 modulo da 55kW con Aurora Designer La configurazione delle stringhe viene segnalata come ottimale (Vmp,typ@25C Ambiente = 529Vdc). Nella sezione Risultati Tensioni e Correnti il configuratore sul valore di potenza FV installata (58080 w) segnala troppo alto?. Questo perchè abbiamo scelto di installare una potenza Fv superiore a quella nominale dell inverter, infatti la percentuale ( Pot.Totale FV STC / Pot.Nom-Max Ac Inverter ) è superiore al 100%. Inoltre, nella sezione Risultati Configurazione del sistema sotto la voce Stima potenza uscita Inverter, il configuratore segnala 55000w - Limite di potenza raggiunto e il Numero Totale dei Pannelli è maggiore del Numero Massimo di Pannelli/Inverter. E importante evidenziare che la potenza nominale installata non genera condizioni di allarme, ma solo l indicazione di una possibile limitazione di potenza dell inverter. Di fatto l inverter può lavorare in limitazione di potenza, ma non è conveniente perchè comporta una riduzione della produzione energetica dell impianto. 16
E quindi necessario che questa operazione sia fatta a livello progettuale, facendo opportune considerazioni sulla condizione del generatore FV. Esempio di configurazione con Inverter PVI-220.0-TL in modalità MULTI-MASTER/SLAVE In questa configurazione l inverter si comporta come tanti inverter separati di potenza 110 kw e il numero di MPPT è pari al numero di Framework (coppia di moduli da 55 kw). Questa modalità è un buon compromesso tra l indipendenza del generatore fotovoltaico collegato a ciascun coppia di moduli e la copertura della produzione in caso di singolo guasto del modulo. In modalità MULTI-MASTER/SLAVE, l inverter considerato ha 2 MPPT indipendenti da configurare. Con i dati di progetto, ipotizziamo la seguente configurazione: Inverter PVI-220.0-TL, configurazione Framework da 110kW 1 Framework da 110kW => 21 pannelli per 23 stringhe (483 pannelli) 2 Framework da 110kW => 21 pannelli per 23 stringhe (483 pannelli) Totale 966 moduli installati Per la verifica della configurazione utilizziamo il configuratore online POWER-ONE STRING TOOL (http://stringtool.power-one.com/) POWER-ONE STRING TOOL: Utilizzo del configuratore online Passo 1 Ubicazione Selezionare lingua e località di installazione 17
Note su Visualizza Fig.8: Selezione ubicazione, temperature e pannelli FV con Power-One String Tool Standard: nelle matrici delle configurazioni ammesse per il generatore fotovoltaico non vengono fornite indicazioni in merito alla bontà della configurazione User Friendly: il configuratore, attraverso mappatura a colori, indica la bontà della configurazione nei confronti delle caratteristiche dell inverter. Passo 2 Temperature Selezionare il tipo di montaggio Impostare la minima temperatura ambiente (viene utilizzata anche come minima temperatura di cella per calcolare le tensioni di stringa) Impostare la massima temperatura ambiente (la massima temperatura di cella a cui vengono valutate le tensioni di stringa viene calcolata considerando il tipo di montaggio selezionato) 18
Passo 3 Selezione pannelli FV Selezionare la marca e modello di pannello scelto per la realizzazione dell impianto (Possibilità di modifica dei parametri del pannello qualora il pannello desiderato non sia presente nel data base) Passo 4 Selezione inverter Selezionare il modello di Inverter Fig.9: Selezione Inverter con Power-One String Tool Passo 5 Risultati Le tabelle proposte contengono tutte le possibili configurazioni accettabili per l inverter selezionato, entro un fattore di carico compreso tra il 40% ed il 130%. Tutte le configurazioni proposte sono compatibili, scegliere la caselle con la configurazione desiderata Nel caso degli Inverter PVI-xxx.0, vengono proposte le tre configurazioni: - Multi-Master - Multi-Master/Slave - Master/Slave Nella visualizzazione User Friendly è presente la colorazione delle celle, mappata come segue: Celle di colore arancio: la configurazione è ammessa ma può sussistere una (o più) delle seguenti condizioni: Potenza installata inferiore al 70% della Pdc,max dell inverter Potenza installata superiore alla Pdc,max dell inverter Celle di colore giallo: la configurazione è ammessa ed il punto di lavoro tipico del generatore fotovoltaico (Vmp@Tamb,media) non rientra nell intorno della tensione di ingresso nominale dell inverter (Vin,nom). 19
Celle di colore verde: la configurazione è ammessa e il punto di lavoro tipico del generatore fotovoltaico (Vmp@Tamb,media) rientra nell intorno della tensione di ingresso nominale dell inverter (Vin,nom). Nella tabella Configurazione Multi-Master/Slave selezioniamo quindi le configurazioni desiderate per i due MPPT. Fig.10: Selezione configurazione Multi-Master/Slave con Power-One String Tool 20
Passo 6 - Report Una volta individuata la configurazione adatta all impianto, è possibile creare il report di configurazione in cui sono riportati I risultati di dettaglio della configurazione selezionata. Fig.11: Report di configurazione con Power-One String Tool Una considerazione sul Fattore di utilizzo, in questa configurazione risultante pari a 94,2 %. Un valore vicino al 100% è indice di un buon dimensionamento del sistema, ma è bene evidenziare che in nessun caso la potenza nominale installata genera condizioni di allarme, danneggiamenti o problemi di garanzia. 21
Anzi, in certe situazioni può essere utile un leggero sovradimensionamento del sistema (anche nell ordine del 110-115%) proprio per tener conto delle perdite dovute al derating del sistema DC. Di contro, un sistema troppo sovradimensionato non avrebbe conseguenze dannose per l inverter ma lo porterebbe a lavorare in limitazione di potenza, cioè a non trasferire in rete tutta la potenza disponibile sui pannelli e quindi ad un cattivo utilizzo degli stessi. Naturalmente, è possibile verificare un sistema Multi-Master/Slave anche utilizzando il configuratore offline Aurora Designer. Selezioniamo PVI-220.0 come Inverter e Indipendenti come configurazione Canali MPPT. Fig.12: Configurazione Inverter PVI-220.0 Multi-Master/Slave con Aurora Designer 22
Esempio di configurazione con Inverter PVI-220.0-TL in modalità MASTER/SLAVE Inv_PLUS(-HV)_PV Sizing_rev.2012-05-03 La modalità MASTER/SLAVE si basa sul parallelo (lato DC) di tutti i moduli di conversione che compongono l inverter. Questa configurazione garantisce una elevata immunità al singolo guasto grazie alla ridistribuzione della potenza tra i moduli componenti l inverter, è necessario però mantenere lo stesso numero di pannelli per stringa e l inserimento di un interruttore DC generale esterno per il sezionamento dell intero campo. In modalità MULTI-MASTER/SLAVE, l inverter considerato ha un unico MPPT da configurare. Con i dati di progetto, ipotizziamo la seguente configurazione: Inverter PVI-220.0-TL, configurazione Master/Slave => 21 pannelli per 46 stringhe (966 pannelli) Totale 966 moduli installati Per la verifica della configurazione utilizziamo il configuratore online POWER-ONE STRING TOOL. Ripetiamo i passi precedenti fino al Passo 5 Risultati e nella tabella Configurazione Master/Slave selezioniamo la configurazione desiderata per l MPPT1. 23
Fig.13: Selezione configurazione Multi-Master con Power-One String Tool Per quanto riguarda la potenza, la modalità con singolo MPPT permette una ridistribuzione automatica della stessa tra i moduli che compongono l inverter. Questo è il punto di forza di questa configurazione, che trova la sua collocazione migliore in presenza di grandi generatori fotovoltaici installati in condizioni uniformi, dove è necessario una copertura totale sui guasti. Nota: Nel caso di generatori fotovoltaici grounded la configurazione DEVE essere Master/Slave; non sono ammesse altre configurazioni. La presenza della connessione a terra di tutti i generatori comporta la perdita del requisito per la realizzazione delle configurazioni Multi-Master e Multi-Master/Slave, che richiedono l indipendenza dei generatori fotovoltaici. 24
Naturalmente, è possibile verificare un sistema Master/Slave anche utilizzando il configuratore offline Aurora Designer. Selezioniamo PVI-220.0 come Inverter e Parallelo come configurazione Canali MPPT. Fig.14: Configurazione Inverter PVI-220.0 Master/Slave con Aurora Designer 25