Impianto fotovoltaico: generatore, moduli, inverter, quadro di campo, dispositivi di protezione. Tutto quello che occorre sapere
In questo nuovo focus sugli impianti fotovoltaici analizziamo i componenti di un impianto fotovoltaico e gli altri concetti fondamentali per la corretta progettazione dell’impianto.
Generatore fotovoltaico
L‘insieme di moduli fotovoltaici connessi costituisce il generatore fotovoltaico.
La connessione tra i moduli può avvenire in serie o in parallelo o una combinazione delle due.
I moduli collegati in serie costituiscono le stringhe fotovoltaiche, che consentono di ottenere tensioni più elevate.
Le stringhe si connettono in parallelo per costituire il generatore.
Ecco un rapido riepilogo dei componenti:
- cella solare: è il componente elettrico elementare che trasforma la radiazione solare in energia elettrica
- modulo: è costituito da più celle solari connesse elettricamente tra loro
- pannello: è formato da più moduli collegati e posizionati sulla medesima struttura di supporto
- stringa: è generata dalla connessione in serie di più pannelli/moduli
- generatore solare: è costituito da più stringhe connesse in parallelo
Moduli fotovoltaici
Per la progettazione e la realizzazione dell’impianto fotovoltaico occorre dimensionare correttamente i moduli e l’inverter, scegliendo opportunamente tra quelli in commercio. Inoltre, sarà necessario effettuare tutte le verifiche elettriche di compatibilità tra campo fotovoltaico e inverter.
A tal fine, per i moduli è necessario valutare una serie di caratteristiche, tra cui:
- marca
- potenza di picco (espressa in W di picco)
- tipologia (monocristallino, policristallino, amorfo, ecc)
- corrente nel punto di massima potenza Im (in Ampere)
- corrente di corto circuito Ics (in Ampere)
- efficienza (in %)
- tensione nel punto di massima potenza Isc (in Volt)
- tensione di circuito aperto Voc (in Volt)
- coefficiente termico della Voc (variazione di tensione con la temperatura) (in V/°C)
- temperatura nominale di lavoro della cella NOCT (in °C)
- tensione massima ammissibile per il sistema in cui viene inserito Vmax (in Volt)
Quadro di campo
Se un generatore solare è composto da più stringhe, è necessario un quadro di campo e manovra. Nel quadro di campo sono raccolte in parallelo le singole stringhe prima di portarle all‘inverter.
Gli altri compiti ai quali il quadro di campo deve assolvere sono il monitoraggio delle stringhe, lo scarico delle sovratensioni e la protezione dei moduli FV e dei conduttori delle stringhe dal sovraccarico.
Cablaggi
I collegamenti tra i moduli fotovoltaici sono effettuati collegando fra loro in serie i moduli della stessa stringa attraverso i connettori MultiContact (maschio e femmina) di cui le junction box di ciascun modulo sono già dotate, effettuando a valle il parallelo di tutte le stringhe.
È opportuno posizionare i conduttori in appositi alloggi a protezione dei cavi.
I cavi in corrente continua che collegano i moduli devono essere appositi cavi solari. Le sollecitazioni alle quali sono sottoposti i cavi per impianti FV sono decisamente più elevate rispetto ai normali cavi per i comuni collegamenti in corrente alternata. Occorre dunque usare cavi idonei: generalmente riportano la dicitura”cavo solare” oppure “conduttore solare”. Devono avere buona esistenza ai raggi UV e agli agenti atmosferici. Lo standard è costituito da cavi preconfezionati, protetti contro l’inversione di polarità e dotati di connettori a prova di contatto accidentale.
I collegamenti tra inverter, quadro di distribuzione generale e contatori vengono posati in tubo rigido o canalina.
Per ogni cavo da utilizzare occorre definire:
- Tipo cavo (es. unipolare tipo di isolante PVC)
- Posa del cavo: (es.in tubazione)
- Sezione del cavo : (es. 1.5 mm²)
- Lunghezza cavo: (es. 15 m)
Inverter
L’inverter è un apparecchio che consente la trasformazione della corrente continua (prodotta dal generatore solare) in corrente alternata e porta la tensione ai valori corretti per essere immessa in rete.
L’inverter deve essere dimensionato in modo da immettere in rete la massima potenza possibile: il suo punto di lavoro deve essere adeguato al Maximum Power Point (MPP) del generatore solare.
L‘inverter è inoltre munito di svariati dispositivi di monitoraggio e di protezione.
Il tipo di inverter da utilizzare è diverso a seconda di come è stato concepito l’impianto:
- inverter di modulo per un singolo modulo FV
- inverter di stringa per il collegamento in serie di più stringhe
- inverter centrale per tutto il generatore solare
- inverter multistringa, una combinazione tra inverter di stringa e inverter centrale
In particolare bisogna verificare che i dati tecnici (valori di corrente, tensione, potenza) dell‘inverter siano adeguati ai moduli FV e viceversa.
Protezione dell’impianto
Per la parte di circuito in corrente continua, l’interruttore principale serve a disconnettere il generatore solare dall’inverter e dal resto dell’impianto in caso di operazioni di manutenzione o di anomalie. L’interruttore può essere integrato nel quadro di comando, a condizione però che rimanga accessibile dall’esterno.
La protezione contro il corto circuito è assicurata dalla caratteristica tensione-corrente dei moduli fotovoltaici che limita la corrente di corto circuito degli stessi a valori noti e di poco superiori alla loro corrente nominale.
Relativamente al circuito in corrente alternata, occorre generalmente installare un interruttore per la protezione contro cortocircuiti e sovraccarichi e un interruttore contro le correnti di guasto.
La protezione contro il corto circuito è assicurata dal dispositivo limitatore contenuto all’interno dell’inverter.
Gli inverter sono collegati all’impianto elettrico dell’edificio e pertanto fanno parte del sistema elettrico di quest’ultimo.
Per la protezione contro i contatti diretti, tutte le parti sotto tensione sono dotate di isolamento adeguato e/o di involucri con grado di protezione idoneo al luogo di installazione.
I circuiti di alimentazione delle prese a spina e degli apparecchi illuminanti vanno protetti con interruttori differenziali.
Protezione dai fulmini
Se l’impianto fotovoltaico è integrato nella struttura, non influisce sulla forma o volumetria dell’edificio e pertanto non aumenta la probabilità di fulminazione diretta sulla struttura.
L’abbattersi di scariche atmosferiche in prossimità dell’impianto può provocare il concatenamento del flusso magnetico associato alla corrente di fulminazione con i circuiti dell’impianto fotovoltaico, così da provocare sovratensioni pericolose per i componenti dell’impianto.
È consigliabile proteggere l’impianto con opportuni dispositivi SPD (scaricatori di sovratensione) che proteggono da sovratensioni scaricandole a terra mediante l’impianto di messa a terra.
Se il rischio fulmini non è trascurabile, si può ricorrere a protezione esterna o interna.
Sistemi di misura
Gli impianti connessi in rete che immettono parte dell’energia prodotta nella rete elettrica devono avere due misuratori:
- un contatore per la produzione
- un contatore per l’immissione dell’energia in rete
Gli impianti ai quali non è connessa nessuna utenza hanno un solo contatore, dato che la quantità di energia prodotta è uguale a quella immessa in rete.