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Impianto fotovoltaico centrale o modulare?

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Valutazioni per la scelta del sistema, in rapporto alle proprie esigenze

A cura di: Infobuild Energia
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Il successo ottenuto dal fotovoltaico negli ultimi anni ha favorito il continuo aumento delle dimensioni degli impianti. Numerosi sono gli investitori che finanziano la realizzazione di centrali fotovoltaiche, che stanno assumendo, anche in Italia, seguendo il trend di Germania e Spagna, dimensioni considerevoli. Un grande parco o una centrale solare sono un investimento sicuro e redditizio, ma certamente oneroso. Particolare importanza, quindi, riveste la cura nella scelta dei vari componenti dell’impianto. Moduli, strutture, cavi, devono garantire la massima resa, la più ampia estensione di vita dell’impianto e un rapido ritorno dell’investimento. Un componente imprescindibile di ogni impianto solare è l’inverter: è fondamentale, perché è il dispositivo preposto a convertire la corrente continua in uscita dal generatore in corrente alternata. L’inverter è quindi il cuore pulsante di ogni impianto fotovoltaico.
In fase di progettazione di un grande impianto fotovoltaico, al momento di scegliere quali inverter utilizzare, non esiste un’unica scelta valida. Mentre per un determinato impianto fotovoltaico la soluzione più vantaggiosa può essere chiaramente quella di un inverter centrale, per altri impianti la situazione potrebbe richiedere un sistema modulare, anche se di pari grandezza.
Nella scelta di un sistema, centrale o modulare che sia, si dovrebbe tenere conto anche della spesa di installazione e funzionamento dell'impianto. In questo ambito si dimostra come una struttura modulare, con le dovute condizioni, offra una serie di vantaggi rispetto a quella centrale. Riportiamo, a titolo di esempio, alcuni importanti aspetti che sono caratteristici per la classe di potenza sopra i 100 kWp.
 



Dimensionamento di un sistema decentrato: preciso ed efficace
A condizionare il rendimento energetico di un impianto fotovoltaico non è solo il grado di rendimento dell’inverter, ma anche il sovradimensionamento o il sottodimensionamento dell’impianto stesso. Gli inverter consentono di impostare con precisione una determinata potenza dell'impianto. Oltre all'alto grado di rendimento, apparecchi di potenza inferiore spesso rappresentano, pertanto, un'alternativa più attraente rispetto ad un grande apparecchio centrale.

Vantaggi con una struttura dell'impianto eterogenea

Un inverter centrale funziona efficacemente solo con un generatore fotovoltaico omogeneo. I sistemi decentrati sono vantaggiosi laddove le parti del generatore sono distinte tra di esse e possono funzionare meglio separatamente. Le cause possono essere: mismatching dovuto all'impiego di moduli solari diversi o di moduli con alta tolleranza di produzione, generatori parziali con orientamento e sistema di inseguimento differenti.

Condizioni ambientali e costo operativo

Rispetto ai sistemi con struttura centrale, gli interventi di manutenzione su impianti decentrati sono molto meno complicati ed economicamente più vantaggiosi, grazie alla possibile sostituzione di inverter completi. L'installazione di apparecchi più piccoli e leggeri nel caso di limitata portata del suolo o ridotta accessibilità può risultare inoltre più vantaggiosa in termini di costo rispetto ad una cabina in calcestruzzo grande e pesante. Con le unità di inverter decentrate si semplifica sensibilmente anche il raffreddamento in caso di alte temperature ambientali. Il monitoraggio di un impianto con un inverter centrale si imposta facilmente ed è già coperto dal software standard. Ulteriori vantaggi sono i brevi tempi di consegna e l'elevata affidabilità dell'impianto.

È importante tenere in considerazione tutti i costi
Questi esempi mostrano come nella ricerca della soluzione più economica vadano tenuti presenti tutti i costi, valutandoli per la progettazione concreta. Le situazioni specifiche possono fare in modo che lo stesso impianto risulti vantaggioso in un determinato luogo e meno in un altro (rendendo così l'ammortamento più difficoltoso rispetto al primo). Oltre alla consulenza tecnica, conviene, perciò, servirsi anche del supporto di un produttore di inverter che abbia una consolidata esperienza e che metta a disposizione del cliente un team di risorse qualificate che consiglino come progettare la struttura ottimale dell'impianto e suggeriscano i componenti migliori per il proprio progetto.

Una volta effettuata la scelta dell’inverter, il passo successivo consiste nel dimensionare l’impianto. Come ottenere il dimensionamento ottimale di un impianto fotovoltaico?
Anche in questo campo, l'ideale assoluto non esiste. Tuttavia, esistono sicuramente dimensionamenti che consentono di ottenere il massimo rendimento energetico, vale a dire che minimizzano il periodo d’ammortamento. La lista riportata di seguito sintetizza i principi tecnici sostanziali di cui tener conto per un corretto dimensionamento. Inoltre mette a disposizione del progettista regole generali per il dimensionamento di un impianto fotovoltaico standard che funziona in parallelo alla rete.
Per ogni dimensionamento è necessario verificare se le condizioni di funzionamento e ambientali del generatore fotovoltaico e dell’inverter divergono dalle condizioni standard presupposte in questa sede. In tal caso le direttive indicate andrebbero modificate di conseguenza.
1. Rispettare i limiti di impiego dell'inverter
Prima di tutto la tensione del generatore deve essere adatta all’inverter. I limiti vengono stabiliti mediante la tensione MPP alla temperatura massima della cella (standard: 70 °C) e la tensione a vuoto alla temperatura più bassa della cella (standard: –10 °C). La tensione a vuoto del generatore può essere inoltre limitata tramite la massima tensione di sistema consentita dei moduli solari.
2. Scegliere fra ottimizzazione dell'economicità oppure del rendimento
Il rapporto di potenza (rapporto tra la potenza massima d’ingresso dell’inverter e la potenza di picco del generatore FV) esprime il sotto o il sovradimensionamento della potenza dell’inverter. Per poter sfruttare costantemente l’intera potenza messa a disposizione dal generatore fotovoltaico, l’inverter dovrebbe essere leggermente sovradimensionato (rapporto di potenza 110 %). Il risultato economico ottimale si ottiene più facilmente tramite un leggero sottodimensionamento. Tuttavia, siccome il rendimento energetico ed economico è rapportato al dispendio finanziario, questo valore dipende molto dalle condizioni economiche di funzionamento sull’ubicazione dell’impianto.
3. Sfruttare il miglior grado di rendimento dell’inverter
Ogni inverter ha una tensione d’ ingresso che consente un rendimento di conversione massimo. A che altezza del range di funzionamento si trova questa tensione dipende dalla struttura dell’inverter e può essere ricavata della relativa scheda tecnica. Possibilmente la tensione MPP (Punto di Massima Potenza) alla temperatura di funzionamento normale NOCT (Normal Operation Cell Temperature) del modulo fotovoltaico dovrebbe aggirarsi intorno a questa tensione. 

Per facilitare il dimensionamento dell'impianto, alcuni produttori hanno sviluppato strumenti che evitano le attività routinarie dei progettisti . Con alcuni software, distribuiti dalle case produttrici di inverter, progettare e dimensionare impianti solari diventa facile, sicuro e comodo, poiché tali programmi contengono i dati principali degli inverter e dei moduli fotovoltaici più comuni. Questi programmi accompagnano il progettista attraverso tutto lo svolgimento del dimensionamento, consentendo di risparmiare tempo e di valutare varie possibilità di configurazione senza calcoli complicati.
Le condizioni di funzionamento che potrebbero diventare critiche vengono individuate in maniera affidabile. E, una volta visualizzate sullo schermo del PC, danno al progettista la sicurezza di accorgersi delle divergenze rispetto ad un dimensionamento standard. Il fatto di rilevare tali divergenze non significa che il dimensionamento debba essere per forza sbagliato, dovrebbe però costituire l'occasione per verificare se queste condizioni di funzionamento (per es. tensione del generatore troppo esigua) sono veramente importanti per l'impianto in oggetto. L'arte del progettista, su cui quest’ultimo si può interamente concentrare, consiste proprio in questo: nell’essere in grado di valutare l’impatto dei parametri più importanti sul rendimento e sui costi d’ investimento, per poter offrire al cliente un impianto su misura. Da questi programmi non ci si può aspettare però una previsione di rendimento. Per questo scopo sono ancora necessari altri programmi di simulazione con impostazioni complesse. Ma oltre alla verifica tecnica si possono calcolare anche le differenze di rendimento tra le varianti prese in considerazione. In questo modo non solo si può trovare il miglior dimensionamento dell'impianto, ma anche valutarlo dal punto di vista economico.


  

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TEMA TECNICO:

Solare fotovoltaico

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