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Schema di collegamento di stringhe fotovoltaiche in parallelo (clicca per ingrandire)



Strutture di sostegno - particolare









Strutture di sostegno (clicca per ingrandire)











Inseguitore solare


















Curva caratteristica I-V di un modulo fotovoltaico (clicca per ingrandire)










IL SISTEMA FOTOVOLTAICO

Dal modulo fotovoltaico al campo fotovoltaico
Per qualsiasi applicazione fotovoltaica, è necessario collegare i moduli fotovoltaici in serie e parallelo così da ottenere rispettivamente la tensione e la corrente totale necessaria.
Lo schema a lato illustra quanto avviene comunemente nella pratica impiantistica: più moduli vengono collegati a formare una serie, chiamata stringa, al fine di raggiungere la tensione nominale; più stringhe vengono poi collegate fra loro in parallelo fino a raggiungere la potenza che si desisera installare; nella figura sono anche riportati i diodi di by-pass.
In serie ad ogni stringa si può poi notare la presenza di un diodo di blocco, il cui scopo è di impedire che, qualora l'erogazione di potenza delle singolo stringhe non sia bilanciata, gli squilibri di tensione fra le stesse possano provocare dei ricircoli di corrente verso quelle a tensione minore.

Connessioni meccaniche
Un efficace montaggio meccanico dei moduli fotovoltaici sulla struttura di sostegno è sempre una condizione indispensabile per la buona riuscita del progetto. Le regole da seguire dipendono dalla tipologia di impianto che si vuole realizzare, tuttavia è possibile evidenziare alcuni criteri generali:
- i moduli fotovoltaici devono essere ben vincolati alla struttura che li sostiene in un numero di punti sufficiente ad evitare eccessivi sforzi localizzati;
- devono essere previsti sufficienti spazi tra i moduli così da permettere eventuali assestamenti della struttura e consentire le necessarie dilatazioni termiche;
- i moduli fotovoltaici, una volta installati, devono essere facilmente ispezionabili e sostituibili;
- a prescindere da considerazioni di natura energetica, i moduli fotovoltaici dovrebbere essere montati con almeno qualche grado di inclinazione, così da evitare il ristagno dello sporco sulle loro superfici e favorire l'azione di lavaggio conseguente alle precipitazioni atmosferiche;
- deve essere utilizzata bulloneria in acciaio inox con bullone composto da vite, dado e rosetta dentata da posizionare lato cornice del modulo in modo da scalfire la superficie anodizzata della cornice stessa (l'anodizzazione crea un sottile strato isolante sulla cornice in alluminio).

Strutture di sostegno
Le innumerevoli applicazioni del fotovoltaico fanno sì che le strutture di supporto e sostegno per i moduli siano, per geometria e concezione, spesso personalizzate per ogni progetto.
Tuttavia, qualunque sia la tipologia della struttura di sostego prescelta, questa deve essere ovviamente in grado di reggere il peso proprio più il peso dei moduli e di resistere alle due principali sollecitazioni di norma considerate in questi progetti, costituite dal carico neve e dall'azione del vento agente sul piano dei moduli che, nei confronti di quest'ultima sollecitazione, si comporta come una vera e propria vela.
In genere, le strutture di sostegno sono realizzate assemblando profili metallici in acciaio zincato a caldo. L'utilizzo di profili in acciaio zincato consente di poter disporre di un prodotto facilmente reperibile, di ottime prestazioni meccaniche in relazione al peso, ma di difficile lavorazione al di fuori di un'officina ben attrezzata.
Una volta in opera, di notevole importanza ai fini della durata nel tempo, è la qualità della zincatura (spessore adeguato, uniformità ed assenza di sbavature nelle forature) e l'assenza di lavorazioni successive al processo di deposizione (forature aggiuntive, asole, saldature in opera, ecc.) tali da richiedere poi riprese a freddo di zinco con affidabilità nel tempo non ben garantita.

Di solito le strutture di sostegno sono installate per sorreggere piani di moduli fissi rivolti a Sud e con una inclinazione prestabilita dal progettista.
Per una migliore captazione dei raggi solari, sarebbe opportuno che il piano dei moduli potesse inseguire i movimenti del disco solare nel percorso lungo la volta celeste che sono essenzialmente riconducibili a due moti caratteristici:
- moto giornaliero: piano dei moduli che ruota sul suo asse baricentrico, seguendo il percorso da Est ad Ovest ogni giorno;
- moto stagionale: piano dei moduli che ruota sull'altro asso, perpendicolare al primo, seguendo le elevazioni variabili dalla minima alla massima rispetto al piano orizzontale dovute al cambio delle stagioni.
E' naturale che la soluzione ideale sarebbe un inseguimento del Sole su entrambi gli assi: in questo caso la scelta del tipo di struttura di sostegno idonea è praticamente obbligata. Si tratta infatti di progettare una struttura a palo con fulcro del piano dei moduli alla testa del palo esattamente come la natura ci insegna: un girasole.
Lo svantaggio di dover disporre di questa struttura a palo consiste nel fatto che non può sorreggere grosse potenze (effetto vela notevole con fondazioni impegnative); sono richiesti così più pali con un costo aggiunto delle apparecchiature di movimentazione e di manutenzione ordinaria della struttura.

Convertitori statici (inverter)
Gli inverter sono apparecchi elettronici in grado di convertire la corrente continua in corrente alternata, la cui uscita deve essere in grado di immettere energia in una rete di distribuzione collegata al sistema elettrico nazionale. Fra le funzioni che un inverter è chiamato a svolgere, ricordiamo le più importanti.

Maximum Power Point Tracker (MPPT)
Questo dispositivo ha lo scopo di individuare istante per istante quel particolare punto sulla caretteristica I-V (intensità di corrente-tensione, vedi immagine a lato) del generatore fotovoltaico per cui risulta massimo il trasferimento di potenza verso il carico posto a valle.
La curva caratteristica I-V di una cella fotovoltaica, e quindi di un generatore fotovoltaico, non rimane costante, ma varia istantaneamente al modificarsi delle condizioni di irraggiamento solare e col variare della temperatura: queste continue variazioni provocano il conseguente spostamento del punto di massima potenza del generatore a diversi valori di coppia I, V.

Protezione di massima corrente

La protezione di massima corrente presente all'interno dell'inverter provvede a sezionare l'uscita dei circuiti di potenza quando viene superata una determinata soglia di corrente. In genere, ogni macchina è dotata anche di un dispositivo di protezione con intervento magnetotermico utilizzato come rincalzo a salvaguardia dell'inverter stesso.

Protezioni di interfaccia con la rete elettrica
Gli impianti fotovoltaici che immettono energia in rete devono essere in grado di disconnettersi automaticamente in caso di malfunzionamento di quest'ultima come, ad esempio, quando avviene un'interruzione della fornitura di energia elettrica.
Nella configurazione più semplice, questa funzione è svolta da un dispositivo che interviene qualora la tensione o la frequenza di rete si discostino dai valori nominali.

 
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