Progetti di impianti fotovoltaici: un caso di studio Questo modulo è dedicato all illustrazione del progetto definitivo di un impianto da 9,9 kw situato nel comune di Roma. Progetto definitivo di un impianto fotovoltaico da 9,9 kwp Viene illustrato il progetto definitivo di un impianto fotovoltaico di potenza nominale pari a 9,9 kw destinato ad operare in parallelo alla rete di distribuzione in bassa tensione di competenza del Gestore di Rete situato nel Comune di Roma, via Sempronio n.1. L impianto rappresenta un esempio di elevata integrazione del fotovoltaico in quanto i moduli vanno a costituire la copertura di una pensilina. Il progetto è stato sviluppato in accordo con la guida CEI 0-2 che, come noto, stabilisce la documentazione di progetto per gli impianti elettrici. In particolare, i contenuti della documentazione di progetto sono: Relazione descrittiva Descrizione dei criteri utilizzati per le scelte progettuali; Caratteristiche prestazionali e descrittive dei materiali prescelti; Relazione tecnica Identificazione dell opera, committente, ubicazione, attività oggetto dell incarico; Dati di progetto; Criteri di scelta delle soluzioni impiantistiche elettriche; Criteri di scelta e dimensionamento dei componenti principali; Elaborati grafici Schema elettrico unifilare; Schema elettrico multi filare; Planimetrie; Calcoli preliminari Producibilità annua; Variazione tensione di stringa; Dimensionamento condutture elettriche; Disciplinare descrittivo e prestazionale degli elementi tecnici Generatore fotovoltaico Gruppo di conversione Cavi e Cablaggi Quadro economico Documentazione fotografica
Schede tecniche dei componenti d impianto Moduli Inverter Relazione descrittiva Descrizione dei criteri utilizzati per le scelte progettuali: La scelta dell orientamento del generatore fotovoltaico (tilt e azimuth) è stata fatta con l obiettivo di massimizzare la produzione compatibilmente con i vincoli architettonici della struttura. Il dimensionamento dell impianto è stato fatto in modo da evitare eccessi di produzione annua rispetto ai consumi annui dell utenza elettrica (Produzione < Consumi). La scelta della tensione del generatore fotovoltaico è stata fatta tenendo conto del limite dei 600 V previsto dal DPR 547/55, in modo da rimanere nel campo della BT facilitando in tal modo la reperibilità della componentistica. La scelta della configurazione di sistema è stata fatta con l obiettivo di realizzare un sistema trifase per quanto possibile equilibrato (CEI 11-20 IV ed. e DK 5940 ed.2.2); Si è scelta una tecnologia di modulo che garantisce affidabilità delle prestazioni nel tempo. Si è evitato l utilizzo dispositivi interfaccia esterni ma si sono utilizzati quelli interni agli inverter. Caratteristiche prestazionali e descrittive dei materiali prescelti: Moduli certificati IEC 61215 e con efficienza di circa 15 %. Inverter certificati CEI 11-20, in tecnica PWM con separazione galvanica ed efficienza europea > 93 %. Il quadro elettrico dovrà avere un grado di protezione adeguato all ambiente di installazione (IP54). Cavi idonei al tipo di posa e dimensionati in modo da produrre una c.d.t.< 2%. Relazione tecnica Identificazione dell opera, committente, ubicazione, attività oggetto dell incarico; Dati di progetto: Località; Dati identificativi della struttura; Dati identificativi fornitura elettrica: o BT con potenza contrattuale: 40 kw o tensione: 400 V o consumo annuale medio: 40 MWh Dati sulla rete elettrica interna di distribuzione: o Tipo: TT o Distribuzione: trifase con neutro o Tensione nominale: 400 V o Dati sui carichi locali; Dati sugli eventuali vincoli urbanistici o architettonici del sito; Dati sull irraggiamento globale su piano orizzontale del sito; Eventuale presenza di corpi ombreggiamenti.
Criteri di scelta delle soluzioni impiantistiche adottate: Il generatore fotovoltaico dovrà garantire una elevata continuità di servizio, pertanto si è scelta la gestione floating (sistema IT). Data la limitata potenza, si è scelta la configurazione serie-parallelo (S-P) del generatore fotovoltaico. Sul lato DC dell impianto fotovoltaico non sarà prevista alcuna protezione contro i cortocircuiti. Per consentire il sezionamento e la protezione da sovracorrenti, ciascuna stringa sarà dotata di un interruttore di manovra con fusibili. I componenti di classe II (moduli FV) non andranno messi a terra. L impianto fotovoltaico verrà collegato a stella alla rete trifase di utente, in modo da realizzare un sistema trifase equilibrato. Criteri di scelta e dimensionamento dei componenti principali: I moduli fotovoltaici dovranno essere in classe II al silicio cristallino, di potenza sufficientemente elevata (superiore almeno a 150 W) dotati di certificazione emessa da un laboratorio accreditato che certifichi la rispondenza del prodotto alla norma EN 61215 ed.2. I moduli dovranno inoltre garantire dopo 20 anni l 80% della loro potenza nominale. Gli inverter sono stati scelti in modo da accettare tutte le possibili tensioni fornite dal generatore fotovoltaico e rispondenti alle caratteristiche prestazionali già descritte. Gli inverter sono stati scelti con un efficienza europea superiore al 93%, sono realizzati in tecnica PWM e sono dotati di separazione galvanica tra la sezione DC e quella AC. La potenza nominale complessiva dei tre inverter prescelti è stata scelta in modo da non risultare inferiore al 80% circa della potenza nominale del generatore fotovoltaico. Elaborati grafici Planimetria con indicazione dei percorsi delle condutture elettriche, del quadro elettrico e del punto di allaccio alla Rete ENEL
Schema elettrico unifilare dell impianto Schema elettrico multifilare dell impianto (per visualizzare lo schema multifilare clicca in alto sul link "Documenti") Calcoli preliminari Producibilità annua: Dove: L PV sono le perdite del generatore PV η inv è l efficienza dell inverter H (i) è l irraggiamento giornaliero medio mensile, del mese i-esimo, sul piano dei moduli in kwh/m 2 /giorno m (i) è il numero di giorni del mese i-esimo P nom è la potenza nominale dell impianto fotovoltaico, in kw I STC è l irradianza solare in condizioni di test standard (1kW/m 2 ) Accoppiamento generatore FV ed inverter (verifica sulla tensione DC)
Calcolo della tensione minima di stringa: dove: T è la temperatuta della cella, in C (70 C); α V è il coefficiente di temperatura di tensione della cella, in mv/ C (-2,2 mv/ C); C 1 è una costante empirica (per il c-si si può usare il valore: 29 mv*m2/w); Irr è l irradianza in W/m2 incidente sui moduli (~300 W/m2); Irr,STC è l irradianza in condizioni standard (1000 W/m2) Applicando le relazioni di cui sopra si trova: Vcell= -134 mv; considerando che il modulo è composto dalla serie di 36 gruppi di tre celle connesse in parallelo, tenuto conto che la stringa si compone di 10 moduli in serie, si avrà: V min stringa = 125,8 V. Calcolo della tenisone massima di stringa La massima tensione di stringa può essere invece assunta approssimativamente pari alla sua tensione a circuito aperto in condizioni STC; si avrà quindi V max stringa = 216 V. Accoppiamento generatore FV ed inverter: Il datasheet dell inverter prescelto riporta un range per le tensioni accettate dall MPPT che va 60V fino 260 V; poiché questo range include il campo di variazione della tensione di stringa, l accoppiamento generatore FV ed inverter risulta corretto per ciò che concerne la tensione DC.
Accoppiamento generatore FV ed inverter (verifica sulle correnti DC e AC) Per ciò che riguarda le massime correnti in DC e AC che l inverter prescelto (QS 3200 max-i) è in grado di accettare/erogare, il datasheet riporta i seguenti valori: I nom (lato DC) = 10 A oppure 20 A (con ingressi in parallelo) I nom (lato AC) = 12 A L accoppiamento in corrente lato DC è corretto in quanto la Isc di stringa è circa 10 A, quindi accettata dall inverter. Se avessimo scelto il modello QS 3200, l accoppiamento in corrente non sarebbe stato corretto in quanto la sua corrente nominale (7,5 A lato DC) sarebbe stata inferiore a quella di stringa (10 A). L inverter si sarebbe danneggiato o sarebbe andato in limitazione di potenza. La corrente nominale in AC non pone problemi per l inverter (12 A <-> P max 2750 W). Dimensionamento delle condutture elettriche Calcolo della caduta di tensione per la conduttura in DC: dove: L è la lunghezza della linea in metri; Inom è la corrente di stringa @STC; Vnom è la tensione di stringa @STC; R è la resistenza al km della linea, alla temperatura di 80 C (UNEL 35023-70) riportata nella tabella seguente:
Nel nostro caso abbiamo: cavo: quadripolare sezione singolo conduttore (mmq): 4 corrente di stringa @ STC(A): 10 Lunghezza cavo (m): 30 Tensione di stringa @STC (V): 174 Resistenza al km @80 C (Ohm): 5,68 Applicando questa relazione otteniamo V%= 1,95%; il valore è quindi in linea con quanto prevede la guida CEI 82-25 (c.d.t. < 2%). Se quindi ipotizziamo un cavo quadripolare da 4 mmq, nelle condizioni più gravose (posa interrata) la relativa portata in regime permanente sarà circa 19 A:
Calcolo della caduta di tensione Calcolo della caduta di tensione per la conduttura in AC: dove: L è la lunghezza della linea in metri; I nom,inv è la corrente nominale dell inverter; V AC è la tensione di Rete; R è la resistenza al km della linea, alla temperatura di 80 C (UNEL 35023-70). Nel nostro caso abbiamo: cavo: bipolare sezione singolo conduttore (mmq): 4 corrente nominale inverter (A): 12 Lunghezza cavo (m): 30 Tensione AC (V): 230 Resistenza/Reattanza al km @80 C (Ohm): 5,68 / 0,101 Applicando la relazione
Se quindi ipotizziamo un cavo bipolare da 4 mmq, nelle condizioni più gravose (posa interrata) la relativa portata in regime permanente sarà circa 25 A. Disciplinare descrittivo e prestazionale degli elementi tecnici Caratteristiche elettriche del generatore fotovoltaico: Caratteristiche elettriche delle stringhe e del generatore fotovoltaico: Caratteristiche elettriche del gruppo di conversione:
Documentazione fotografica e particolari di installazione Riepilogo del modulo "Progetti di impianti fotovoltaici: un caso di studio" Progetto definitivo di un impianto fotovoltaico da 9,9 kwp Relazione descrittiva Relazione tecnica Elaborati grafici Calcoli preliminari Disciplinare descrittivo e prestazionale degli elementi tecnici Documentazione fotografica e particolari di installazione