Componenti impianto solare: tipologie pannelli, possibili guasti, effetto ombra, protezione dai fulmini, gli inverter
I guasti tipici dei pannelli solari hanno essenzialmente natura meccanica e elettrica. Le celle solari possono subire un guasto per cortocircuito o per interruzione, rendendo il pannello inutilizzabile per la produzione dell'energia elettrica. In caso di cortocircuito della cella fotovoltaica la tensione di uscita del pannello solare cala di circa 0,5 volt divenendo inutilizzabile. Se il pannello è collegato in serie può darsi che il carico consenta ancora il suo utilizzo. In caso di interruzione dei collegamenti il pannello diventa completamente fuori uso. L'interruzione in una cella fotovoltaica può essere causata da rotture esterne provocate da corpi estranei caduti sul pannello o anche soltanto per oscuramento causato dall'accumularsi delle foglie.
Uno dei principali problemi in cui si può incorrere in seguito all’installazione dei pannelli solari è quello di infiltrazioni di acqua. Le infiltrazioni chiaramente possono danneggiare le celle fotovoltaiche ed addirittura provocare un corto circuito. Per ovviare al problema delle infiltrazioni è necessario fare molta attenzione alle staffe di fissaggio del pannello. Normalmente i pannelli solari vengono ancorati sopra le tegole mediante delle apposite staffe che permettono un ancoraggio saldo al tetto proteggendolo da inclinazioni pericolose che possono facilitare la penetrazione di acqua piovana.
Effetto ombra sul pannello
Quando un pannello è illuminato uniformemente le celle fotovoltaiche erogano circa 0,5 volt ciascuna e una corrente dipendente dal carico, dalle caratteristiche della cella e dall'insolazione. Nel momento in cui una sola cella va in ombra, ad esempio per la caduta di corpi esterni e di foglie, la cella si comporta come una resistenza al normale flusso di elettricità. La tensione prodotta dalle altre celle fotovoltaiche si concentra ai capi della cella oscurata che si polarizza inversamente. Quando i pannelli solari sono collegati in serie questa condizione è difficilmente tollerata dalla singola cella fotovoltaica, su cui ricade l'intera tensione nominale dell'impianto. Viceversa, quando i pannelli sono collegati in serie la cella oscurata deve sopportare al massimo la tensione generata dal pannelli cui appartiene.
Protezione dei pannelli dai fulmini
Per i pannelli fotovoltaici, ubicati in luoghi isolati (ad esempio in alta montagna) e dotati di una superficie generalmente molto estesa, i fulmini rappresentano un’importante componente di rischio, da valutare sia per gli effetti diretti della fulminazione sul pannello che per le sovratensioni generate sull’impianto.
Le analisi del rischio condotte sugli impianti fotovoltaici tengono conto dei seguenti criteri: estensione, struttura ed esposizione del sistema fotovoltaico, ma anche densità e frequenza di fulminazione nel luogo di installazione.
Le conseguenze dei fulmini sui generatori fotovoltaici possono avere ripercussioni sull’intero impianto, a causa dell’interconnessione tra il sistema fotovoltaico e l’impianto elettrico del fabbricato. Inoltre nella valutazione dell’investimento relativo alla realizzazione di un impianto fotovoltaico devono essere presi in considerazione gli eventuali rischi di perdite economiche.
Per ridurre questo rischio è utile sistemare una gabbia di protezione metallica facendo in modo che l'ombra non influenzi il rendimento dei pannelli solari. Inoltre, è utile lasciare sgombri gli angoli del tetto su cui sono installati i pannelli per ridurre il rischio dei fulmini laterali. La gabbia di protezione dovrà infine essere collegata a terra utilizzando la struttura di sostegno dei pannelli solari. Viste le conseguenze e la pericolosità dei fulmini l'impianto di protezione e di messa a terra dei pannelli solari deve essere assolutamente realizzato da elettricisti professionisti.
Cosa sono gli inverter ?
Un inverter è un apparato elettronico in grado di convertire corrente continua in corrente alternata eventualmente a tensione diversa, oppure una corrente alternata in un'altra di differente frequenza. Questo apparato converte la corrente continua generata dalle celle solari in corrente alternata, e si collega sincronicamente alla rete elettrica per alimentare i principali utilizzi della vostra casa.
Dal momento che l’unità di controllo viene alimentata dai moduli fotovoltaici, l’apparato è completamente spento durante la notte e quindi non consuma assolutamente energia.
Inverter fotovoltaico
Si tratta di un tipo particolare di inverter progettato espressamente per convertire l'energia elettrica sotto forma di corrente continua prodotta da modulo fotovoltaico, in corrente alternata da immettere direttamente nella rete elettrica. Queste macchine estendono la funzione base di un inverter generico con funzioni estremamente sofisticate e all'avanguardia, mediante l'impiego di particolari sistemi di controllo software e hardware che consentono di estrarre dai pannelli solari la massima potenza disponibile in qualsiasi condizione meteorologica. Questa funzione prende il nome di MPPT, un acronimo di origine Inglese che sta per Maximum Power Point Tracker.
I moduli fotovoltaici infatti, hanno una curva caratteristica V/I tale che esiste un punto di lavoro ottimale, detto appunto Maximum Power Point, dove è possibile estrarre tutta la potenza disponibile. Questo punto della caratteristica varia continuamente in funzione del livello di radiazione solare che colpisce la superficie delle celle. È evidente che un inverter in grado di restare "agganciato" a questo punto, otterrà sempre la massima potenza disponibile in qualsiasi condizione. Ci sono svariate tecniche di realizzazione della funzione MPPT, che si differenziano per prestazioni dinamiche (tempo di assestamento) e accuratezza. Sebbene la precisione dell'MPPT sia estremamente importante, il tempo di assestamento lo è, in taluni casi, ancor più. Mentre tutti i produttori di inverter riescono ad ottenere grande precisione sull'MPPT (tipicamente tra il 99-99,6% della massima disponibile), solo in pochi riescono ad unire precisione a velocità.
È infatti nelle giornate con nuvolosità variabile che si verificano sbalzi di potenza solare ampi e repentini. È molto comune rilevare variazioni da 100W/m² a 1000-1200W/m² in meno di 2 secondi. In queste condizioni, che sono molto frequenti, un inverter con tempi di assestamento minori di 5 secondi riesce a produrre fino al 15%-20% di energia in più di uno lento. Alcuni inverter fotovoltaici sono dotati di stadi di potenza modulari, e alcuni sono addirittura dotati di un MPPT per ogni stadio di potenza. In questo modo i produttori lasciano all'ingegneria di sistema la libertà di configurare un funzionamento master/slave o a MPPT indipendenti.
Un'altra caratteristica importante di un inverter fotovoltaico, è l'interfaccia di rete. Questa funzione, generalmente integrata nella macchina, deve rispondere ai requisiti imposti dalle normative dei diversi enti di erogazione di energia elettrica. In Italia, ENEL ha rilasciato la normativa DK5940, attualmente giunta all'edizione 2.2. Questa normativa prevede una serie di misure di sicurezza tali da evitare l'immissione di energia nella rete elettrica qualora i parametri di questa, siano fuori dai limiti di accettabilità.
Possiamo distinguere due tipologie di inverter, in relazione al tipo di applicazione:
- Inverter per impianti connessi a rete
- Inverter per impianti isolati.
Inverter per impianti connessi a rete
Hanno le seguenti caratteristiche:
- tecnologia ad onda sinusoidale costruita con riferimento alla tensione di rete
- elevati rendimenti e stabilità in normali condizioni di irraggiamento
- disponibili per utenze monofase e per utenze trifase su un'ampia gamma di potenze
- protezioni di rete e di interfaccia integrate
- display per visualizzazzione dei dati di produzione
- moduli aggiuntivi per misurare l'irraggiamento, la temperatura, ecc
- trasmissione dati a distanza a scopo di supervisione
- impossibilità di funzionamento in isola (è necessaria la presenza della tensione di rete)
Inverter per impianti isolati
Ecco le tipologie principali:
Inverter ad onda quadra
- semplice tecnologia
- rischio di generazione di armoniche dispari
- nessuna regolazione della tensione in uscita (varia col carico e con la tensione di entrata)
Inverter ad onda sinusoidale modificata
- miglior rendimento
- meno armoniche della quadrata
- regolazione precisa della tensione
- appropriati per l’alimentazione di molti apparecchi (TV, motori, seghetti)
Inverter ad onda sinusoidale
- tecnica simile a quella degli inverter per connessione a rete, ma con circuiti più semplici,
- senza protezioni e sincronizzazione rete
- rendimenti elevati, adatti per praticamente tutti i tipi di utilizzatori
20/05/2012
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