I componenti dell’impianto Fotovoltaico

I componenti dell’impianto Fotovoltaico

L’impianto fotovoltaico può essere diviso in due categorie principali di componenti: da una parte il generatore fotovoltaico, dall’altra il BOS (Balance Of System), ossia la componentistica non fotovoltaica (cavi, quadri elettrici, inverter, strutture di sostegno..).
Non verranno descritti i componenti relativi ai sistemi stand-alone.

Il generatore

Il cuore del sistema è rappresentato ovviamente dal campo fotovoltaico, costituito dall’insieme dei moduli che convertono in corrente elettrica continua la radiazione solare captata. Il generatore fotovoltaico può essere definito attraverso due parametri elettrici principali: la potenza nominale, Ppv, ossia la potenza erogata dall’insieme dei moduli in condizioni standard, e la tensione nominale Vn, cioè la tensione alla quale viene erogata la potenza nominale. La configurazione tipica del generatore si basa sul collegamento in parallelo di stringhe di moduli; il collegamento in serie dei moduli all’interno della stringa fornisce il valore voluto di tensione, mentre il numero di stringhe collegato determina la corrente di lavoro.

Cablaggi

Connettono tra loro le varie parti dell’impianto e, come l’impianto, devono essere adeguati a resistere a sollecitazioni per una durata pari alla vita utile del generatore (circa 25 anni): prolungata esposizione ai raggi ultravioletti, sbalzi di temperatura, umidità, gelo, etc..
I cavi sono, dunque, di norma dotati di doppio isolamento che, oltre ad evitare fughe di corrente e problemi per contatto diretto e indiretto, resistono nel tempo all’azione dei raggi UV e degli altri agenti atmosferici.

Connessioni

Per le varie connessioni elettriche vale quanto detto per i cablaggi: devono essere progettate per durare nel tempo in ambiente esterno. Generalmente sono protette dalle scatole di giunzione dei moduli o vengono realizzate tramite connettori stagni. Le connessioni devono, inoltre, consentire un’agevole e rapida manutenzione dei dispositivi e, se necessario, l’asportazione e la sostituzione dei moduli.

Diodi

Nel caso in cui si presentino particolari situazioni che possono deviare le normali condizioni operative del generatore, con possibilità di danneggiamento delle apparecchiature, è necessario che l’impianto sia protetto da dispositivi elettrici che si attivino non appena viene rilevato il pericolo. In particolare, una cella connessa in serie ad altre, se smette di lavorare perché ombreggiata, può dar vita al cosiddetto effetto hot spot, a causa del quale la cella si comporta come carico, anziché come generatore, surriscaldandosi. Alcuni diodi (di blocco e di by-pass) inseriti nell’impianto servono per evitare questi e altri inconvenienti.

Dispositivi di sicurezza

Oltre a quelli citati, si possono verificare, anche se con minor frequenza, altri inconvenienti capaci di causare seri danni all’impianto. Per prevenire questi eventi, è necessario prevedere l’inserimento nel generatore di dispositivi di sicurezza (scaricatori di sovratensione o varistori di protezione) capaci di proteggere moduli e apparecchiature elettroniche del controllo di potenza.

Sezionatore di circuito

Poiché il funzionamento del generatore fotovoltaico dipende dalle condizioni atmosferiche, bisogna tenere conto che non si tratta di un dispositivo che può essere disattivato a comando. Per questo motivo si prevede l’installazione di dispositivi che consentano di scollegarlo dalla rete, collegati tra il generatore e l’inverter.

Inverter

Il campo fotovoltaico produce elettricità in corrente continua, trasformando direttamente una frazione della radiazione solare incidente. L’utenza collegata, tuttavia, richiede nella maggioranza dei casi corrente alternata: per questo motivo il generatore viene collegato ad un convertitore corrente continua – corrente alternata e la potenza in uscita viene regolata sul tipo di quella fornita dalla rete pubblica.

Si definisce potenza nominale dell’inverter, in uscita o in entrata, la potenza che l’apparecchio è in grado di erogare o assorbire in determinate condizioni di riferimento per un intervallo indefinito di tempo. Anche l’inverter è caratterizzato da una propria efficienza, generalmente superiore al 90%, purchè la potenza in ingresso sia superiore al 10% della sua potenza nominale.
Oltre all’alto rendimento, un buon inverter deve avere i seguenti requisiti:

  1. basso consumo in assenza di carico;

  2. bassa distorsione armonica;

  3. dimensioni e peso limitati;

  4. elevata affidabilità.

Per impianti di potenza superiore a qualche chilowatt si può scegliere di affidare la conversione della corrente ad un unico inverter centralizzato, o impiegare più inverter di taglia inferiore, ognuno facente capo ad una differente sezione del generatore, con le uscite in corrente alternata collegate tra loro in parallelo.

Inseguitore del punto di massima potenza (MPPT)

In ogni istante in cui il generatore è operativo, esiste un particolare punto della caratteristica tensione-corrente che corrisponde alla massima potenza estraibile in quel momento. Questo punto continua a variare nel tempo, influendo sulla produttività dell’impianto. Allo scopo di massimizzare il rendimento di conversione, l’impianto è dotato di un inseguitore del punto di massima potenza (MPPT, maximum power point tracker) che consente di estrarre sempre la massima potenza dal campo fotovoltaico. L’inseguitore è sempre presente negli impianti connessi in rete, nei quali si trova direttamente integrato nell’involucro dell’inverter.

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