Principali norme riguardanti gli impianti fotovoltaici
Salve a tutti, oggi parleremo di impianto fotovoltaico, autoconsumo, gse, di pannelli e incentivi. Tutto cio che riguarda gli impianti fotovoltaici del futuro e le nuove tecnologie.
All’inizio del 2000 il concetto di generazione elettrica distribuita non era molto conosciuto e ancor meno quello di Smart Grid e di accumulo;
il prezzo di un impianto fotovoltaico era di 7.500 Euro a kWp, stabilito dal decreto “10.000 Tetti Fotovoltaici” e le batterie al litio per le applicazioni fotovoltaiche erano solo ipotesi.
Oggi il prezzo di un impianto fotovoltaico si è ridotto ad un quarto, il concetto di distribuzione elettrica distribuita è entrato nel vocabolario corrente e progetti di Smart Grid stanno entrando nella fase esecutiva.
Oggi è economicamente interessante aumentare la quota dell’autoconsumo, mentre si cerca di fare in modo che l’utente non scambi energia con la rete, specialmente nelle ore serali (power shifting).
Domani, quando il costo degli accumulatori si ridurrà, si scambierà energia anche con le batterie arrivando finalmente alla vera Smart Grid. Quali sono i termini più “cool” della Smart Grid abbinati al fotovoltaico?
il prezzo di un impianto fotovoltaico era di 7.500 Euro a kWp, stabilito dal decreto “10.000 Tetti Fotovoltaici” e le batterie al litio per le applicazioni fotovoltaiche erano solo ipotesi.
Oggi il prezzo di un impianto fotovoltaico si è ridotto ad un quarto, il concetto di distribuzione elettrica distribuita è entrato nel vocabolario corrente e progetti di Smart Grid stanno entrando nella fase esecutiva.
Oggi è economicamente interessante aumentare la quota dell’autoconsumo, mentre si cerca di fare in modo che l’utente non scambi energia con la rete, specialmente nelle ore serali (power shifting).
Domani, quando il costo degli accumulatori si ridurrà, si scambierà energia anche con le batterie arrivando finalmente alla vera Smart Grid. Quali sono i termini più “cool” della Smart Grid abbinati al fotovoltaico?
Inverter con accumulo
È un inverter che non solo converte energia, ma prende decisioni e si interfaccia in maniera attiva con la rete.
Mentre gli inverter di prima generazione si limitavano a produrre energia, ora l’inverter gestisce il consumo, dialoga con la rete, la quale può chiedere all’inverter di fornire energia con caratteristiche particolari in termini di cos fi e potenza reattiva.
L’inverter dialoga inoltre con gli apparati della casa per massimizzare l’energia prodotta che viene consumata immediatamente.
Mentre gli inverter di prima generazione si limitavano a produrre energia, ora l’inverter gestisce il consumo, dialoga con la rete, la quale può chiedere all’inverter di fornire energia con caratteristiche particolari in termini di cos fi e potenza reattiva.
L’inverter dialoga inoltre con gli apparati della casa per massimizzare l’energia prodotta che viene consumata immediatamente.
Autoconsumo e autarchia
Il primo è definito come il rapporto fra l’energia consumata da fonte rinnovabile (includendo anche quella accumulata e consumata) e quella prodotta da fonte rinnovabile.
Il secondo definito come il rapporto fra l’energia consumata rinnovabile (includendo anche quella accumulata e consumata) e il totale di quella consumata. Attualmente con un impianto fotovoltaico da 3kWp una famiglia mediamente si limita ad un autoconsumo del 25%.
Questo perché il fotovoltaico produce prevalentemente nelle ore centrali della giornata, mentre i consumi sono in genere concentrati la mattina e nel tardo pomeriggio.
Alcune abitudini potrebbero favorire l’autoconsumo: per esempio utilizzare la lavatrice o la lavastoviglie nelle ore centrali del giorno.
Per aumentare l’autoconsumo basterebbe accumulare l’energia di giorno e utilizzarla in altre ore.
Alcune simulazioni dimostrano che con 4kWh di accumulo è possibile avere un autoconsumo anche dal 60% e con 7kWh si può arrivare al 74% (Fonte: Anie Energia Residential Energy Storage Systems "RESS" 2013). L’autarchia invece è un parametro che misura l’indipendenza dalla rete. Con un sistema di accumulo da 7kWh l’indipendenza dalla rete può arrivare al 70% anno.
Il secondo definito come il rapporto fra l’energia consumata rinnovabile (includendo anche quella accumulata e consumata) e il totale di quella consumata. Attualmente con un impianto fotovoltaico da 3kWp una famiglia mediamente si limita ad un autoconsumo del 25%.
Questo perché il fotovoltaico produce prevalentemente nelle ore centrali della giornata, mentre i consumi sono in genere concentrati la mattina e nel tardo pomeriggio.
Alcune abitudini potrebbero favorire l’autoconsumo: per esempio utilizzare la lavatrice o la lavastoviglie nelle ore centrali del giorno.
Per aumentare l’autoconsumo basterebbe accumulare l’energia di giorno e utilizzarla in altre ore.
Alcune simulazioni dimostrano che con 4kWh di accumulo è possibile avere un autoconsumo anche dal 60% e con 7kWh si può arrivare al 74% (Fonte: Anie Energia Residential Energy Storage Systems "RESS" 2013). L’autarchia invece è un parametro che misura l’indipendenza dalla rete. Con un sistema di accumulo da 7kWh l’indipendenza dalla rete può arrivare al 70% anno.
Accumulatori al Litio (Li)
Fino a qualche anno fa la stragrande maggioranza del mercato richiedeva solo accumulatori al piombo (Pb).
La telefonia mobile e l’automotive hanno determinato un notevole sviluppo delle batterie al Litio.
Il vantaggio delle batterie al Litio, oltre al peso ridotto, consiste nella possibilità di disporre di profondità di scarica e cicli di carica/scarica superiori a quelle delle batterie tradizionali, soprattutto nel caso di tecnologia litio-ferro-fosfato (LiFePO4).
La telefonia mobile e l’automotive hanno determinato un notevole sviluppo delle batterie al Litio.
Il vantaggio delle batterie al Litio, oltre al peso ridotto, consiste nella possibilità di disporre di profondità di scarica e cicli di carica/scarica superiori a quelle delle batterie tradizionali, soprattutto nel caso di tecnologia litio-ferro-fosfato (LiFePO4).
Elettrodomestici Intelligenti
Sono gli elettrodomestici che assorbono energia in base alle esigenze ed alle previsioni di utilizzo e inoltre alla disponibilità di energia da fonte rinnovabile.
Per unificare il linguaggio di comunicazione sono state fondate associazioni di costruttori (Energy@home,EEBUS, etc) che cercano di promuovere l’uso di linguaggi aperti, anche per dialogare con un eventuale sistema domotico.
Per unificare il linguaggio di comunicazione sono state fondate associazioni di costruttori (Energy@home,EEBUS, etc) che cercano di promuovere l’uso di linguaggi aperti, anche per dialogare con un eventuale sistema domotico.
L’inverter è il componente chiave dell’impianto fotovoltaico Grid Connected e deve svolgere una serie di funzioni. Quella principale è trasformare l’energia da corrente continua, prodotta dal campo fotovoltaico, in corrente alternata, per essere immessa in rete. Oltre a questo, l’inverter deve avere sotto controllo la rete elettrica, così da poter intervenire in caso di anomalia.
Classificazione degli inverter:
Gli inverter possono essere raggruppati secondo diverse caratteristiche:
• Connessione alla rete: monofase o trifase.
• Struttura: inverter di stringa, inverter centralizzato.
• Numero di ingressi: singolo ingresso, multi ingresso (o multi string).
• Isolamento dalla rete: trasformatore in bassa frequenza, trasformatore in alta frequenza, senza trasformatore.
• Connessione alla rete: monofase o trifase.
• Struttura: inverter di stringa, inverter centralizzato.
• Numero di ingressi: singolo ingresso, multi ingresso (o multi string).
• Isolamento dalla rete: trasformatore in bassa frequenza, trasformatore in alta frequenza, senza trasformatore.
Connessione alla rete: esistono inverter monofasi, generalmente in Italia di potenza fino a 6 kW, mentre gli inverter di tipo trifase immettono corrente su 3 fasi.
Struttura: la suddivisione in inverter di stringa o centralizzati è puramente commerciale.
In pratica un inverter di stringa è un inverter “maneggevole”; mentre uno centralizzato è un inverter simile a un quadro elettrico.
Oggi l’inverter di stringa ha una potenza nominale fino a circa 30 kW, mentre l’inverter centralizzato ha una potenza superiore ai 30 kW ed è adatto per installazioni in ambienti interni.
In pratica un inverter di stringa è un inverter “maneggevole”; mentre uno centralizzato è un inverter simile a un quadro elettrico.
Oggi l’inverter di stringa ha una potenza nominale fino a circa 30 kW, mentre l’inverter centralizzato ha una potenza superiore ai 30 kW ed è adatto per installazioni in ambienti interni.
Numero di ingressi. L’inverter può essere dotato o di un solo ingresso, formato da più stringhe composte dallo stesso numero di moduli fotovoltaici in parallelo, o da 2 o più ingressi autonomi; questi ultimi sono commercialmente chiamati inverter a doppio, triplo, etc. MPPT. Trattando gli ingressi in maniera autonoma, gli inverter permettono la connessione di stringhe con diverso numero di moduli, o diversa tipologia modello di moduli.
Isolamento: è una suddivisione che segue l’evoluzione della tecnologia. L’isolamento rispetto alla rete è dovuto alla presenza o meno del trasformatore fra lato CC e lato AC; quest’ultimo può essere a bassa o alta frequenza. La tendenza è di eliminare i trasformatori per ottenere inverter più leggeri e più efficienti.
Il problema tecnologico per questi inverter è l’isolamento galvanico, che ne impedisce l’uso nei moduli in film sottile e in moduli dove è obbligatoria la messa a terra di un polo (per esempio per eliminare problemi di PID).
Il problema tecnologico per questi inverter è l’isolamento galvanico, che ne impedisce l’uso nei moduli in film sottile e in moduli dove è obbligatoria la messa a terra di un polo (per esempio per eliminare problemi di PID).
Come funziona. L’inverter si divide in due sezioni: la prima, in corrente continua, ha il compito di estrarre la massima potenza dai moduli attraverso l’MPPT (Maximum Power Point Tracker), mentre la seconda ha il compito di trasformare l’energia in corrente alternata per l’immissione in rete.
Oggi. L’inverter è ormai universalmente riconosciuto come il centro dell’impianto. Per esempio, la norma CEI 0-21 lo ha individuato come fulcro della gestione della rete. Perciò l’inverter è passato da macchina con funzione passiva a dispositivo attivo verso la rete, per cui ad una funzione attiva.
La norma CEI 0-21 e l`autotest
La delibera 84/2012/R/ELL dell’Autorità per Energia Elettrica e Gas, integrata anche dalla 165/2012/R/ELL, recependo fra l’altro il DM 5 Maggio 2011 (IV Conto Energia), stabilisce che dal 1/7/2012 gli inverter devono avere nuovi requisiti definiti dalla norma CEI 0-21, con l’esclusione del paragrafo 8.5.1 (buchi di tensione sopra i 6 kWp).
Dal 1 Gennaio 2013 è obbligatoria l’applicazione integrale della CEI 0-21 e l’inverter deve essere accompagnato da una dichiarazione di conformità del costruttore, con prove effettuate da enti terzi.
Dal 1 Gennaio 2013 è obbligatoria l’applicazione integrale della CEI 0-21 e l’inverter deve essere accompagnato da una dichiarazione di conformità del costruttore, con prove effettuate da enti terzi.
I punti fondamentali della norma CEI 0-21 e Terna All A70 sono:
Paragrafo 8.6.2 impone che “[…] il sistema di protezione di interfaccia deve essere realizzato tramite un dispositivo dedicato (relè di protezione) per impianti di produzione con potenza complessiva superiore a 6 kW” o “ […] un dispositivo integrato nell’apparato di conversione statica oppure un dispositivo dedicato (relè di protezione) per impianti di produzione con potenza fino a 6 kW.[…]”. Lo stesso paragrafo indica che “[…]il sistema di protezione di interfaccia deve essere verificabile durante il suo funzionamento[…]” o “[…] secondo quanto indicato in A4, per il dispositivo dedicato (relè di protezione) […]” o “secondo quanto indicato in A.4.4, per il dispositivo integrato (autotest).[…]”
Allegato A, par.2 dice che “[…] L’SPI deve prevedere […] una funzione di autotest obbligatoria (qualora integrato nel sistema di controllo dell’inverter di un impianto di produzione di potenza complessiva fino 6 kW) […]”
Allegato A, par.4.4 (Autotest). “[…] Nel caso in cui le funzioni di protezione di interfaccia siano integrate nell’inverter, deve essere previsto almeno un sistema di autotest che verifi chi le funzioni di massima/minima frequenza e massima/minima tensione previste nel SPI come di seguito descritto” […]” o “[…] per ogni funzione di protezione di frequenza e tensione, si varia linearmente la soglia di intervento in salita o discesa con una rampa ≤ 0,05 Hz/s o ≤ 0,05 Vn/s rispettivamente per le protezioni di frequenza e tensione[…]”e “[…] ciò determina, ad un certo punto della prova, la coincidenza fra la soglia ed il valore attuale della grandezza controllata (frequenza o tensione) e quindi l’intervento della protezione e la conseguente apertura del dispositivo di interfaccia. Per ogni prova i valori delle grandezze ed i tempi di intervento devono essere visualizzabili dall’esecutore del test così come il valore attuale della tensione e della frequenza rilevate dal convertitore.[…]”
Paragrafo 8.6.2 impone che “[…] il sistema di protezione di interfaccia deve essere realizzato tramite un dispositivo dedicato (relè di protezione) per impianti di produzione con potenza complessiva superiore a 6 kW” o “ […] un dispositivo integrato nell’apparato di conversione statica oppure un dispositivo dedicato (relè di protezione) per impianti di produzione con potenza fino a 6 kW.[…]”. Lo stesso paragrafo indica che “[…]il sistema di protezione di interfaccia deve essere verificabile durante il suo funzionamento[…]” o “[…] secondo quanto indicato in A4, per il dispositivo dedicato (relè di protezione) […]” o “secondo quanto indicato in A.4.4, per il dispositivo integrato (autotest).[…]”
Allegato A, par.2 dice che “[…] L’SPI deve prevedere […] una funzione di autotest obbligatoria (qualora integrato nel sistema di controllo dell’inverter di un impianto di produzione di potenza complessiva fino 6 kW) […]”
Allegato A, par.4.4 (Autotest). “[…] Nel caso in cui le funzioni di protezione di interfaccia siano integrate nell’inverter, deve essere previsto almeno un sistema di autotest che verifi chi le funzioni di massima/minima frequenza e massima/minima tensione previste nel SPI come di seguito descritto” […]” o “[…] per ogni funzione di protezione di frequenza e tensione, si varia linearmente la soglia di intervento in salita o discesa con una rampa ≤ 0,05 Hz/s o ≤ 0,05 Vn/s rispettivamente per le protezioni di frequenza e tensione[…]”e “[…] ciò determina, ad un certo punto della prova, la coincidenza fra la soglia ed il valore attuale della grandezza controllata (frequenza o tensione) e quindi l’intervento della protezione e la conseguente apertura del dispositivo di interfaccia. Per ogni prova i valori delle grandezze ed i tempi di intervento devono essere visualizzabili dall’esecutore del test così come il valore attuale della tensione e della frequenza rilevate dal convertitore.[…]”
Quando si usa l’autotest?
Per la norma CEI 0-21 in impianti di potenza inferiore o uguale a 6 kW il sistema di protezione di interfaccia può essere integrato nell’inverter e in questo caso deve essere verifi cabile attraverso funzione di autotest.
Per impianti con potenza superiore a 6 kW, invece, il sistema di protezione di interfaccia deve essere esterno al sistema di conversione. In questi impianti la verifica del corretto funzionamento del SPI è quindi da effettuare attraverso cassetta prova relè sulla protezione installata in impianto esternamente all’inverter.
Per impianti con potenza superiore a 6 kW, invece, il sistema di protezione di interfaccia deve essere esterno al sistema di conversione. In questi impianti la verifica del corretto funzionamento del SPI è quindi da effettuare attraverso cassetta prova relè sulla protezione installata in impianto esternamente all’inverter.
Come funziona l`autotest?
Si utilizza come esempio la protezione da sovratensione. Le stesse considerazioni valgono per le altre protezioni.
Riferendosi alla Figura 1 che segue, se i parametri della rete sono entro i limiti stabiliti, l’inverter lavora entro le soglie. Quando il valore di tensione aumenta, la protezione di sovratensione interviene quando l’inverter rileva una tensione di rete superiore al valore di taratura (o valore impostato).
L’inverter è un convertitore statico che opera come generatore di corrente e non come generatore di tensione, quindi non può modificare la tensione di rete.
Per effettuare il test come prescrive la norma CEI 0-21 al paragrafo A.4.4, l’inverter verifica la protezione modificando la soglia di generazione dell’allarme.
Come mostrato in Figura 2 che segue l’inverter sposta progressivamente verso il basso il livello di intervento della protezione dal valore di taratura fino ad arrivare al valore della tensione di rete e misura il tempo che ha impiegato dalla rilevazione dell’evento al momento dello sgancio.
Al termine del test l’inverter deve mostrare il valore della tensione di rete rilevato (e non il valore di taratura) e il tempo di intervento.
Riferendosi alla Figura 1 che segue, se i parametri della rete sono entro i limiti stabiliti, l’inverter lavora entro le soglie. Quando il valore di tensione aumenta, la protezione di sovratensione interviene quando l’inverter rileva una tensione di rete superiore al valore di taratura (o valore impostato).
L’inverter è un convertitore statico che opera come generatore di corrente e non come generatore di tensione, quindi non può modificare la tensione di rete.
Per effettuare il test come prescrive la norma CEI 0-21 al paragrafo A.4.4, l’inverter verifica la protezione modificando la soglia di generazione dell’allarme.
Come mostrato in Figura 2 che segue l’inverter sposta progressivamente verso il basso il livello di intervento della protezione dal valore di taratura fino ad arrivare al valore della tensione di rete e misura il tempo che ha impiegato dalla rilevazione dell’evento al momento dello sgancio.
Al termine del test l’inverter deve mostrare il valore della tensione di rete rilevato (e non il valore di taratura) e il tempo di intervento.
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