Stiamo lavorando ad un progetto che prevede la realizzazione di un impianto solare per produrre energia elettrica. Questo impianto avrà una potenza massima di 14,98 [kWp] e sarà in grado di immagazzinare l’energia prodotta grazie a due batterie. L’energia prodotta sarà utilizzata principalmente per l’autoconsumo, ma una parte verrà anche ceduta alla rete elettrica per essere distribuita ad altri utenti. Il progetto prevede che l’impianto sia installato presso la Scuola di Calalzo di Cadore.
Tipo d’intervento Nuovo Impianto
Limiti di competenza Dal punto di consegna dell’energia da parte dell’ente distributore
Dispositivo di Interfaccia DI Esterno all’inverter
Protezione di Interfaccia SPI Esterna all’inverter
(Impianto con potenza superiore a 11,08 [kW])
Dati dell’impianto fotovoltaico
campo fotovoltaico posto sull’orditura, in legno lamellare, di una pergola.
Numero moduli 37
Tipo moduli Policristallino
Modello ASTRO 5s CHSM54M–HC – 405 [Wp]
Numero inverter 1
Modello Edo E-CASA 10k con gruppo batterie E-CASA 5.1 BU
Tensione di uscita AC 400 [V]
Massima corrente AC 14.5 [A]
Frequenza nominale 50/60 [Hz]
Tensione massima DC Voc 1100 [V]
RELAZIONE TECNICA
Descrizione sintetica dell’impianto
Per quanto riguarda i dettagli tecnici, l’impianto è composto da 37 pannelli fotovoltaici al silicio policristallino marca ASTRO 5s da 405 [Wp], disposti in 3 stringhe. Inoltre, il gruppo di conversione è composto da un inverter marca “Edo E-CASA 10k” e da un sistema di accumulo con batterie da 10.24 [kWh]. Il sistema di fissaggio dei pannelli sarà definito successivamente.
Siamo molto attenti alla sicurezza dell’impianto e abbiamo previsto due soluzioni per proteggere il circuito di generazione da eventuali problemi: tutto è stato progettato nei minimi dettagli per garantire il massimo della sicurezza.
Il nostro obiettivo è di realizzare un impianto solare efficiente ed ecologico, che aiuti a preservare l’ambiente e a produrre energia pulita.
Il nostro impianto fotovoltaico funziona in due modi diversi, a seconda del caso. Nel primo caso, l’impianto è connesso a terra per garantire la massima sicurezza. Nel secondo caso, invece, l’impianto non è connesso a terra, ma funziona comunque in modo completamente sicuro.
Il nostro impianto fotovoltaico è stato progettato per essere connesso alla rete elettrica e per produrre energia pulita e sostenibile. Grazie al sistema di autoconsumo, parte dell’energia prodotta viene utilizzata direttamente dalla scuola, mentre il resto viene ceduto alla rete elettrica per essere distribuito ad altre persone.
Stiamo lavorando duramente per garantire la massima qualità dell’impianto e per questo definiremo successivamente il tipo di canalizzazione e di cavi che utilizzeremo per il collegamento tra i quadri di campo e l’inverter, anche se abbiamo già previsto tutto nei nostri disegni.
Siamo molto entusiasti di lavorare su questo progetto e siamo pronti a rispondere a tutte le vostre domande.
Dettaglio dei componenti
Moduli fotovoltaici
Per i moduli al silicio policristallino si utilizzano i CHSM54M-HC che presentano le seguenti caratteristiche:
STC Irradiance 1000[W/m2], Cell Temperature 25[°C], AM=1.5
Rated output (Pmpp / Wp) 405
Rated voltage (Vmpp / V) 31.26
Rated current (Impp /A) 12.96
Open circuit voltage (Voc / V) 37.20
Short circuit current (Isc /A) 13.76
Module efficiency 20.7%
NMOT Irradiance 800[W/m2], Ambient Temperature 20 [°C], AM=1.5, Wind Speed 1[m/s]
Rated output (Pmpp / Wp) 302.7
Rated voltage (Vmpp / V) 29.13
Rated current (Impp /A) 10.39
Open circuit voltage (Voc / V) 35.15
Short circuit current (Isc /A) 11.17
Temperature Ratings (STC)
Temperature coefficient (Pmpp) -0.35[%/℃]
Temperature coefficient (Isc) +0.045[%/℃]
Temperature coefficient (Voc) -0.27[%/℃]
Nominal module operating temperature (NMOT) 41±2[℃]
Operating Parameters
No. of diodes 3
Junction box IP rating IP 68
Max. series fuse rating 25 [A]
Max. system voltage (IEC/UL) 1500[VDC]
INVERTER
L’impianto fotovoltaico sarà dotato di un componente chiamato “inverter”, che trasforma l’energia solare in corrente alternata, utilizzabile per alimentare i carichi domestici. In particolare, verrà utilizzato l’inverter E-CASA 10k, che ha una potenza di 10000 Watt (lato AC) e 20000 Watt (lato DC) e dispone di due MPPT (Maximun Power Point Tracker) per ridurre al minimo le perdite e dei varistori di protezione per prevenire danni causati da sovratensioni.
L’inverter è anche dotato della funzione EPS (Emergency Power Supply), che consente di generare autonomamente energia su un insieme di carichi prioritari anche in assenza della rete elettrica (a isola). Tuttavia, per garantire la sicurezza e la conformità alle norme CEI 0-21, l’inverter dovrà essere dotato di un sistema di relè interbloccati che impediscono il funzionamento contemporaneo del sistema di produzione autonomo e della rete elettrica.
È importante sottolineare che non è possibile parlare di UPS (Uninterruptible Power Supply) con un sistema di produzione fotovoltaica. Nel caso in cui la potenza sulla rete di distribuzione dovesse essere assente, ci sarà una interruzione di servizio elettrico che si ripristinerà sui carichi prioritari dopo un tempo di circa 5 secondi.
Inoltre, il dispositivo E-CASA 10k è in grado di limitare Idc allo 0,5% della corrente nominale di rete, come specificato nel certificato fornito da Elettrosicurezza. L’inverter verrà installato nel vano sottotetto, vicino alla zona indicata nella foto allegata.
Sistema di accumulo
Per massimizzare l’utilizzo dell’energia prodotta dal pannello solare, è stato scelto un dispositivo chiamato “inverter” che può immagazzinare l’energia in un sistema di batterie al litio chiamato “pacchetto batterie”. Questo pacchetto è composto da due batterie di marca E-CASA, ognuna con una capacità di 5,12 kWh, per un totale di 10,24 kWh.
Il sistema di accumulo funziona in questo modo: quando il pannello solare produce più energia di quella che stai usando in quel momento, l’energia in eccesso viene immagazzinata nelle batterie. Quando invece usi più energia di quella che il pannello solare sta producendo, il sistema può prelevare l’energia accumulata nelle batterie per compensare la differenza.
Per fare in modo che tutto funzioni correttamente, ci sono alcuni componenti elettrici che aiutano a gestire il flusso di energia. In particolare, è necessario un sensore che controlli costantemente quanto stai consumando e quanto stai producendo in quel momento. In base a queste informazioni, il sistema può decidere se caricare o scaricare le batterie.
Inoltre, è presente un dispositivo chiamato “blocco di relé autobloccanti” che serve per gestire la cosiddetta “funzione EPS”. In sostanza, questo dispositivo è in grado di collegare gli apparecchi elettrici che sono considerati “privilegiati” alla batteria quando non c’è corrente dalla rete elettrica. In questo modo, questi apparecchi possono continuare a funzionare anche quando non c’è corrente.
Per fare in modo che tutto funzioni correttamente, è importante dividere gli apparecchi in due gruppi: “comuni” e “privilegiati”. I privilegiati sono gli apparecchi che devono continuare a funzionare anche quando non c’è corrente, mentre i comuni sono tutti gli altri.
Cavi elettrici
In sostanza, per capire quanto è efficiente un impianto solare, dobbiamo anche considerare le perdite di energia che si verificano quando l’elettricità viaggia attraverso i cavi e le attrezzature. Queste perdite sono dovute all’effetto Joule, che fa sì che l’energia si trasformi in calore.
Per calcolare queste perdite, dobbiamo considerare le condizioni standard di funzionamento dell’impianto, come l’irraggiamento solare, la temperatura e la lunghezza dei cavi, insieme alla loro resistenza caratteristica. Il calcolo specifico viene fatto con una formula matematica che considera tutti questi fattori.
In pratica, se abbiamo molte perdite, significa che stiamo perdendo energia preziosa e l’efficienza dell’impianto non è al massimo. Quindi è importante capire come funziona il sistema e come possiamo ridurre queste perdite al minimo per avere il massimo rendimento.
Dove
- n = numero di stringhe del generatore fotovoltaico e/o dei cavi di serie ai moduli; numero stringhe 2
- PDIS = potenza persa per effetto Joule in [W];
- r = resistenza caratteristica del cavo in [Ω/m]; circa pari a 0,00509
- L = lunghezza dei cavi in [m]; stimata pari a 13,5
- I = corrente di stringa e/o di parallelo stringhe alla massima potenza in condizioni STC, in [A]; corrente di stringa pari a 10,84
- 2 = numero che tiene conto del ritorno della corrente attraverso il polo negativo.
Secondo l’analisi effettuata vi sarà una perdita pari a:
PDIS = 2*0,00509*13,5*10,842*2 = 32,3 [W]
Considerando inoltre la dissipazione dei quadri in corrente continua, valutata nell’ordine del 15% di PDISconduttori, si calcola la seguente perdita di potenza:
PDISquadri= PDISconduttori * 15% = 4,85 [W]
Le perdite totali sul lato in corrente continua sono date dalla seguente somma:
PDIS= PDISconduttori + PDISquadri= 37,1 [W], pari allo 0,24% della potenza nominale dell’impianto.
I cavi previsti in fase preliminare sono cavi solari H1Z2Z2-K 2x(1x4mm2) rosso + nero. Tutti i dati specifici relativi a tali componenti andranno successivamente definiti, anche con ausilio di scheda tecnica specifica:
- Tensione Nominale CA: DA DEFINIRE
- Max tensione di funzionamento in sistemi PV DC: DA DEFINIRE
- Max tensione di funzionamento in AC: DA DEFINIRE
- Max tensione di funzionamento in DC: DA DEFINIRE
- Max temperatura ambiente consentita: DA DEFINIRE
- Temperatura in uso continuo: DA DEFINIRE
- Temperatura minima consentita: DA DEFINIRE
- Max temperatura del conduttore: DA DEFINIRE
- Resistenza a ba
La valutazione delle perdite in corrente alternata per dissipazione di calore (PDIS ), si esegue considerando allo stesso modo del lato in corrente continua, le condizioni STC, la lunghezza dei cavi e la loro resistenza caratteristica (UNEL 35023-70):
PDIS = 2 x r x L x I2
- 2 = numero di conduttori (fase + neutro)
- PDIS = potenza persa per effetto Joule in [W]
- r = resistenza caratteristica del cavo in [ohm/m]
- L = lunghezza dei cavi in [m]
- I = corrente in [A]
i cavi previsti in fase preliminare sono cavi FG21M21 0,6/1kV – 5G10 [mm2].
Tutti i dati specifici relativi a tali componenti andranno successivamente definiti, anche con ausilio di scheda tecnica specifica:
- Tensione Nominale CA DA DEFINIRE
- Isolante DA DEFINIRE
- Guaina DA DEFINIRE
A valle degli scaricatori di tensione dei quadri di campo in continua la sezione del
conduttore di protezione sarà di 16 [mm2] al fine di assicurare il corretto funzionamento
dei dispositivi stessi. Tutti gli altri cavi hanno una sezione dimensionata alla sezione di
fase corrispondente.
Descrizione delle misure di protezione
Misure di protezione contro il cortocircuito
Per proteggere il sistema fotovoltaico, ci sono dei dispositivi di sicurezza che assicurano che non ci siano problemi di sicurezza per le persone e i componenti del sistema stesso.
Nel lato in corrente continua, i fusibili e gli interruttori magnetotermici sono utilizzati per proteggere i cavi e i quadri di parallelo. Questi dispositivi limitano la quantità di corrente che fluisce attraverso il sistema per evitare surriscaldamenti o cortocircuiti, poiché la tensione e la corrente dei moduli fotovoltaici hanno dei limiti predefiniti.
Nel lato in corrente alternata, gli inverter hanno un dispositivo di protezione interno chiamato limitatore, che limita la quantità di corrente alternata che fluisce attraverso il sistema. Inoltre, c’è anche un interruttore magnetotermico posto a valle dell’inverter che funge da sezionatore delle linee e rinforza l’azione del dispositivo di protezione interno dell’inverter.
In questo modo, il sistema fotovoltaico è protetto da eventuali problemi di sicurezza e può funzionare in modo sicuro ed efficiente.
Misure di protezione contro i contatti diretti
Tutte le parti elettriche dell’impianto sono a bassa tensione e sono protette per evitare contatti diretti con i componenti. I componenti utilizzati hanno il marchio CE e sono protetti contro solidi e liquidi. I cavi sono protetti da una guaina esterna e sono adatti alla tensione nominale. Sono fissati saldamente e, se sono visibili, sono alloggiati in condotti appositi. Solo alcuni brevi tratti di cavi tra i moduli solari non sono alloggiati in condotti, ma sono protetti dai moduli stessi e non sono esposti a rischi di danneggiamento.
Misure di protezione contro i contatti indiretti
del sistema in corrente alternata, l’installazione di dispositivi di protezione come i differenziali di tipo B per garantire una maggiore sicurezza contro eventuali contatti indiretti. Inoltre, nel sistema in corrente continua, si consiglia di utilizzare dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni e i fulmini.
In sintesi, l’impianto fotovoltaico è composto da un insieme di apparecchiature collegate al quadro generale di distribuzione di bassa tensione elettrica. La protezione contro i contatti indiretti è garantita dal collegamento a terra di tutte le masse e delle masse estranee e dal rispetto di una specifica normativa. La scelta del sistema in corrente continua dipende dalla presenza o meno del trasformatore nell’inverter. In ogni caso, è importante adottare ulteriori misure di protezione per garantire la sicurezza dell’impianto.
Misure di protezione sul collegamento alla rete elettrica
Questo impianto fotovoltaico è dotato di una serie di protezioni per garantire la sicurezza sia del sistema di auto-produzione che della rete pubblica di distribuzione dell’energia elettrica.
Il sistema di protezione è suddiviso in 3 livelli: il dispositivo del generatore, il dispositivo di interfaccia e il dispositivo generale.
Il dispositivo del generatore si trova all’interno dell’inverter ed è in grado di rilevare eventuali guasti o cortocircuiti, provocando lo spegnimento dell’inverter dalla rete elettrica.
Il dispositivo di interfaccia ha invece il compito di disattivare l’intero sistema di generazione in caso di guasto sulla rete elettrica, evitando che l’impianto continui a produrre energia anche in assenza di connessione con la rete. Questo è importante per evitare pericoli per il personale addetto alla ricerca e alla riparazione dei guasti.
Infine, il dispositivo generale, costituito dall’interruttore generale nel punto di consegna, ha il compito di proteggere la rete elettrica nel caso di guasti che si verificano a valle del punto di consegna.
Tutti questi dispositivi sono realizzati in conformità alle norme CEI 0-16 e CEI 0-21 per garantire la massima sicurezza.
Misure di protezione contro gli effetti delle scariche atmosferiche
La normativa sulla protezione contro i fulmini prevede il calcolo del rischio che una struttura subisca danni da un fulmine. Ci sono 4 componenti di rischio che possono essere prese in considerazione: perdita di vite umane, perdita di servizi pubblici, perdita di patrimonio culturale e perdita economica.
Per quanto riguarda la struttura in questione, il rischio riguarda soprattutto la perdita di vite umane, la perdita di servizi pubblici e la perdita economica. Anche se la struttura non è molto alta, sono state prese misure di sicurezza aggiuntive inserendo dei limitatori di sovratensione tra il generatore fotovoltaico e i relativi inverter, tra l’inverter e il quadro generale fotovoltaico e, se non già presente, dopo l’interruttore nel generale del fotovoltaico. Inoltre, i cavi di collegamento dei moduli fotovoltaici sono stati posati evitando la formazione di anelli che possano essere oggetto di accoppiamenti induttivi con correnti di fulmine.
In sostanza, sono state messe in atto tutte le precauzioni necessarie per proteggere la struttura contro eventuali danni da fulmini.
Verifica compatibilità generatore con ingressi inverter
Di seguito alcune informazioni importanti sul funzionamento dell’impianto solare. L’inverter, il dispositivo che trasforma la corrente continua prodotta dai pannelli solari in corrente alternata utilizzabile in casa, è stato progettato per lavorare sempre nella finestra di potenza con un sistema di controllo automatico della temperatura, che garantisce la massima efficienza del sistema. Inoltre, grazie alla scelta di due stringhe da 17 e 18 pannelli solari ciascuna, si ottiene una tensione di ingresso compatibile con quella massima consentita dall’inverter, senza perdite di potenza. In caso di condizioni di irraggiamento massimo, ogni stringa può generare una tensione compresa tra 709,9 [V] e 751,6 [V], garantendo un’elevata efficienza del sistema. Per minimizzare le perdite energetiche, sono stati scelti componenti di linea efficienti e sono stati selezionati inverter e trasformatori ad alta efficienza. Tutte le scelte progettuali sono state fatte nel rispetto delle norme tecniche di riferimento, per garantire un funzionamento sicuro ed efficiente dell’impianto solare.
