L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Progettazione di un impianto FV Progetto realizzato dalla classe V° FASE – I.T.I.S. H. HERTZ di Roma A cura dei Prof.ri Bonanni Antonio e Coletta Bruno

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Dipende dalla latitudine del sito, dall’esposizione dei moduli (angolo di tilt e di azimut) e dall’irraggiamento. Quest’ultimo dipende dalla stagione, dall’ora del giorno e dalle condizioni meteorologiche. Inoltre, la quantità di energia raccolta dal generatore fotovoltaico dipende dalla temperatura dei moduli, dalla configurazione del campo, dalle caratteristiche elettriche e ottiche dei moduli fotovoltaici e, infine, dalla riflettanza del terreno. L’energia raccolta dai moduli FV Verifica della idoneita’ del sito Appare ovvio che la prima cosa da fare è verificare se il luogo nel quale si pensa di installare un generatore fotovoltaico abbia o no alcuni requisiti di base e cioè che si possa contare su un sufficiente soleggiamento per tutto il corso dell’anno o, almeno, per il periodo per il quale si richiede l’alimentazione elettrica dell’utenza. Quindi occorrerà verificare: Presenza di ombre (vegetazione, costruzioni, alture) Nebbie o foschie mattutine Nevosità Ventosità Le informazioni ottenute determinano il collocamento del generatore fotovoltaico, la sua esposizione rispetto al Sud geografico, il suo angolo di inclinazione, l’area utilizzabile ai fini della sua installazione.

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI L’influenza dell’angolo di azimut Quantitativamente per superfici che si discostano dal sud di circa 45° si ha una diminuzione dell’energia raccolta di qualche percento, mentre riduzioni pari al 20% si raggiungono per angoli di azimut intorno ai 90° (superfici esposte a est o a ovest). Le ragioni per assegnare ai pannelli un angolo di azimut diverso da zero sono legate, soprattutto per impianti installati su edifici, a situazioni locali preesistenti (tetti, facciate). Se i pannelli fotovoltaici vengono orientati con un angolo di azimut diverso da zero, ovvero non sono rivolti verso il sud, si alterano le modalità con cui l’energia viene raccolta nell’arco del giorno e la quantità di energia raccolta su base annuale.

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Viceversa, se l’inclinazione è ottimizzata per il periodo estivo, il diagramma annuale dell’energia presenta un picco durante i mesi estivi. Per l’Italia si hanno regimi solari medio-alti e con forti variabilità tra regioni continentali e meridionali. Ad esempio, su base annua l’insolazione media giornaliera (su di una superficie con una inclinazione pari alla latitudine) è dell’ordine di 3,6 kWh/ m² per giorno in località della pianura padana, 4,7 kWh/ m² al Centro-Sud, ed arriva a 5,4 kWh/ m² per giorno in Sicilia. Per l’inclinazione che rende massima l’energia raccolta in inverno, si raccoglie complessivamente nell’anno il 90% della massima energia. Se invece si inclinano i pannelli in modo da rendere massima l’energia raccolta in estate, nel periodo invernale l’energia raccolta è solo il 65% della massima ottenibile in quel periodo. In altre parole il diagramma annuale si appiattisce se l’inclinazione è ottimizzata per il periodo invernale. L’influenza dell’angolo di azimut

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Effetto dell’ombreggiamento tra file di moduli Se si ha a disposizione una superficie piana e si devono posizionare i moduli su diverse file bisogna tener conto dell’auto-ombreggiamento. Inserendo nella formula i valori relativi alla lunghezza dei moduli FV (L), dell’angolo di azimut (g), dell’angolo di tilt (b) e dell’altezza solare critica (a = 20°) si ottiene la distanza minima tra file (D). In questo modo si assicura assenza di ombreggiamento quando il sole si trova ad altezza solare maggiore di 20° sull’orizzonte. In pratica, se dobbiamo installare su superficie piana un impianto FV con moduli su più file esposti a Sud e inclinate a 30 °, la distanza minima tra la base di una fila e quella della fila successiva sarà: D = (0,86+1,37)L = (9/4) L In questo caso quindi, quindi, sarà possibile installare una superficie captante non superiore al 45% della superficie piana disponibile.

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Dimensionamento dell’inverter Come regola pratica il rapporto tra la taglia del generatore e quella dell’inverter ad esso associato è di 1 a 1, ad esempio: Potenza impianto 1 Kw Potenza inverter 1Kw Tale rapporto viene, in genere, utilizzato come riferimento ma non rispettato completamente, a causa della disponibilità di inverter a specifici livelli di potenza e della variabilità del numero e delle dimensioni dei moduli. Un range accettabile per il dimensionamento è: 0,7 x P(fv) 1,2 P(fv) Dove P(fv) è la potenza del generatore fotovoltaico e P(inv) è la potenza nominale dell’inverter. In considerazione del fatto che l’intervallo di tempo in cui l’inverter lavora alla massima efficienza è tra il 50% e l’80% della potenza nominale del dispositivo e che il funzionamento alla massima potenza è molto limitato nel corso dell’anno, è preferibile scegliere un inverter con una potenza leggermente inferiore a quella del generatore.

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Input DC Moduli collegati in serie formano una stringa che ha un positivo ed un negativo e che vanno collegati all’inverter. Due stringhe collegate allo stesso inverter debbono avere la stessa lunghezza. La tensione di ogni stringa è la somma delle tensioni dei singoli moduli. Come abbiamo detto i moduli debbono essere dello stesso tipo, perciò per conoscere la tensione di stringa basta moltiplicare la tensione Voc del modulo fornita dal costruttore per il numero dei moduli che compongono la stringa stessa: (Vstringa = Vocmod x N°mod) Nella misura della tensione risultante, che si effettua prima di collegare i moduli all’inverter, essa deve comunque essere compresa tra il 70 e il 95 % del valore teorico calcolato. Dimensionamento dell’inverter

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Sappiamo che la temperatura influisce sul funzionamento dei moduli e di conseguenza sul rapporto tra impianto stesso ed inverter. Il numero massimo di moduli da collegare in serie in una stringa va calcolato tenendo conto delle temperature invernali pari a -10° C°. Infatti all’abbassarsi della temperatura la tensione del modulo cresce. Tale tensione però non deve mai superare la massima tensione sopportabile dall’inverter. Il numero massimo di moduli da collegare è ricavato dal rapporto tra tensione max in ingresso all’inverter e la tensione Voc a circuito aperto per moduli operanti a –10° ricavabile dai dati forniti dal costruttore. Numero massimo di moduli connesi ad una stringa N max = V max (inv) / Vo (Tm) -10°C

Progettazione impianti Fv L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Numero minimo di moduli connesii ad una stringa Va calcolato tenendo conto delle temperature estive che possono facilmente raggiungere i 70°C. Infatti in estate un impianto FV ha una tensione di lavoro inferiore a quella di riferimento in condizioni standard (STC), a causa dell’aumento della temperatura di lavoro. Se tale tensione scende al di sotto del valore minimo utile per la ricerca del MPPT (punto di massima potenza) dell’inverter, il generatore perde la possibilità di raggiungere il punto ottimale di lavoro fino ad essere escluso dal circuito. Il sistema in questo caso deve essere dimensionato in modo che il numero minimo di moduli connessi in serie, a formare una stringa, sia dato dal rapporto tra il valore di soglia MPP del dispositivo e il valore di tensione dei moduli alla temperatura massima di lavoro a 70° C°, ricavabile sempre dai dati forniti dal costruttore. N min = V MPP ( inverter) / VMPP ( modulo a70°C)