verifiche e collaudo

Seminario Tecnico
GLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Aggiornamenti legislativi,
Problematiche tecniche, Problematiche di installazione,
Rapporti con gli enti
VERIFICHE E COLLAUDO
Cesenatico, 25 Giugno 2009
Relatori:
Per.Ind. Fernando Vienna
Dott. Ing. Enrico Mazzoni
GENERATORI
FOTOVOLTAICI
E
VERIFICHE E COLLAUDO
Un impianto PV deve essere sottoposto a:
• verifica iniziale (collaudo) prima della messa in servizio.
• verifiche periodiche (ad esempio annualmente)
da programmare con la manutenzione
Le verifiche, iniziali e periodiche, si suddividono in:
• Esami a vista
• Prove
VERIFICA INIZIALE
Esame a vista: moduli
o = si
x = no
VERIFICA INIZIALE
Esame a vista: cavi , quadri, scatole di derivazione
o = si
x = no
(2) Temperature eccessive
VERIFICA INIZIALE
Esame a vista: inverter
o = si
x = no
VERIFICA INIZIALE
Misure e prove
Sono previste le seguenti prove:
• verifica (misura) della corrente e della tensioni di
stringa
• misura dell’isolamento
• verifica dei collegamenti equipotenziali
• verifica del rendimento dell’impianto PV con misure
di PCC e PCA su ogni inverter
VERIFICA INIZIALE
Verifica (misura) della tensione di stringa
Deve essere effettuata a vuoto, su ogni stringa
A parità di irraggiamento la differenza di tensione
tra le stringhe non dovrebbe superare il 5% (perdite di
mismatch).
VERIFICA INIZIALE
Verifica (misura) della tensione di stringa
Per confrontare il valore di tensione a vuoto misurato
sulla stringa (UOCM) con il valore alle condizioni STC
indicato dal costruttore sui moduli si può applicare la
relazione:
UOCM = [UOC-STC - β (25 - Tcell)] n
dove:
UOC-STC = tensione nominale a vuoto di un modulo (V)
n = numero di moduli della stringa
β = coefficiente di variazione della tensione con la temperatura (V/°C)
Tcell = temperatura misurata sul retro dei moduli (°C)
Differenze tra i valori superiori a ± 5% possono indicare
collegamenti errati o guasto dei moduli
VERIFICA INIZIALE
Verifica della tensione di stringa
La temperatura Tcell deve essere misurata con un sensore
a termoresistenza (ad esempio sonda PT 100) posizionato
sul retro di un modulo rappresentativo delle condizioni di
esercizio medie dei moduli componenti la stringa.
Il grado di precisione richiesto è ± 1°C
VERIFICA INIZIALE
Verifica della tensione di stringa
Il valore della temperatura Tcell può essere ricavato
misurando la temperatura d’ambiente (Tamb) e
l’irraggiamento solare (Gp) con la relazione:
Tcell = Tamb + Gp (NOCT - 20) / 800
dove:
NOCT = temperatura del modulo nelle condizioni operative
nominali
(G = 800 W/m2; Tamb = 20 °C; velocità dell’aria 1 m/s; modulo a vuoto)
Il grado di precisione della misura richiesto è ± 1 °C
VERIFICA INIZIALE
Verifica della tensione di stringa
Per temperatura di ambiente si intende la temperatura
dell’aria in prossimità dei moduli
Deve essere evitata la radiazione solare diretta
sulla sonda di misura.
Il grado di precisione della misura richiesto è ± 1 °C
VERIFICA INIZIALE
Verifica della corrente di cortocircuito (Isc)
Per ragioni pratiche le misure si effettuano in genere
mettendo in cortocircuito campi o sottocampi fotovoltaici
fino a correnti Isc non superiori a 100 ÷150 A
Per effettuare tale verifica si utilizzano apposite
“cassette” con interruttore di manovra con adeguato
potere di chiusura e di interruzione
VERIFICA INIZIALE
Verifica della corrente di cortocircuito
segue
VERIFICA INIZIALE
Verifica della corrente di cortocircuito
Nella misura della corrente di cortocircuito (ISC)gen è da
mettere in conto una riduzione del 5% per mismatch quindi:
(ISC)gen = 0,95 n ISC-mod
n = numero di stringhe in parallelo
ISC-mod = corrente nominale di un modulo
Si possono riportare i valori di corrente misurati (ISCM) alle
condizioni STC con la relazione:
ISCM = ISC-STC + n α (Tcell - 25)
α = coefficiente di variazione della corrente con la
temperatura (A/°C)
Tcell = temperatura misurata sul retro dei moduli
VERIFICHE PERIODICHE
È auspicabile una verifica periodica almeno una volta
all’anno (preferibilmente in primavera)
Oltre agli esami a vista e alle verifiche comuni a tutti
gli impianti elettrici (isolamento, continuità dei PE,
funzionamento degli interruttori differenziali, ecc.) è
opportuno misurare le potenze (Pcc) e (Pca) per
accertare il rendimento dell’impianto
In impianti con telecontrollo gestionale si può portare
la periodicità della verifica a 2 o 3 anni
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Per accedere agli incentivi
occorre redigere il “Certificato
di collaudo” (DM 19/2/07) e
presentarlo al GSE
segue
CERTIFICATO DI COLLAUDO
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifiche punto 4 del “Certificato di collaudo”
• Continuità elettrica delle connessioni:
consiste nella misura delle tensioni (Uoc) e/o
delle correnti (Isc) di stringa
• Messa a terra di masse e scaricatori:
consiste nella verifica della continuità dei conduttori
PE, EQP, e dei conduttori di messa a terra degli SPD
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifiche punto 4 del “Certificato di collaudo”
• Isolamento dei circuiti elettrici dalle masse:
La verifica deve essere eseguita con un megaohmmetro
in grado di erogare almeno 1 mA alla tensione di:
Tensione nominale (Un) del circuito
Tensione di prova in c.c.(V)
Resistenza minima
per ogni circuito
Fino a 500 V
esclusi SELV e PELV
500 V
0,5 (MΩ
Ω)
> 500 V
1000 V
1,0 (MΩ
Ω)
Durante la prova aprire l’interruttore a monte, lato inverter e sezionare
gli SPD.
La prova con il PV in erogazione può dare valori non corretti. Si può
ripetere la prova con le stringhe in cortocircuito
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifiche punto 4 del “Certificato di collaudo”
• Corretto funzionamento dell’impianto fotovoltaico
Consiste in una prova di funzionamento dell’inverter
• Prova di avviamento
1) chiudere l’interruttore a monte dell’inverter (lato c.c.); l’inverter
deve segnalare la presenza di tensione
2) chiudere l’interruttore a valle dell’inverter (lato c.a.); l’inverter
deve erogare potenza
3) l’inverter deve procedere alla ricerca del punto di massima
potenza
• Prova di mancanza rete
aprire l’interruttore a valle l’inverter (lato c.a.):
- l’inverter deve porsi in stand-by ed attivare la segnalazione di
“rete assente” e “generatore PV presente”.
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifiche punto 5 del “Certificato di collaudo” (efficienza del generatore PV)
• Verifica della condizione
Pcc > 0,85 Pnom Gp/GSTC
segue
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifica della condizione
Pcc > 0,85 Pnom Gp/GSTC
La misura deve essere effettuata su insiemi di stringhe o
sottocampi con moduli aventi lo stesso orientamento e
la stessa inclinazione.
La misura dell’irraggiamento Gp deve essere effettuata
con un piranometro o solarimetro con precisione
migliore del ± 3%
La misura della potenza (Pcc) all’uscita del generatore PV
deve essere effettuata con precisione migliore del ± 2%.
La prova deve essere effettuata con irraggiamento
> 600 W/m2
È importante che le misure di Gp e Pcc siano effettuate
simultaneamente.
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifiche punto 5 del “Certificato di collaudo”(efficienza dell’inverter)
• Verifica della condizione
Pca > 0,9 Pcc
segue
CERTIFICATO DI COLLAUDO
• Verifica della condizione
Pca > 0,9 Pcc
La misura della potenza in c.c. (Pcc) all’uscita del
generatore PV deve essere effettuata con precisione
migliore del ± 2%.
La misura della potenza (Pca) all’uscita dell’inverter deve
essere effettuata con precisione migliore del ± 2%.
La prova deve essere effettuata con irraggiamento
> 600 W/m2
È importante che le misure di Pcc e Pca siano effettuate
simultaneamente
segue
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Verifica della condizione Pca > 0,9 Pcc
Se durante la misura delle potenze Pca e Pcc, la temperatura dei moduli
(Tcell) è superiore a 40 °C si può correggere la potenza Pcc misurata.
La condizione da verificare diventa:
Pcc > (1 - Ptpv - 0,08) Pnom ⋅ Gp / GSTC
Ptpv rappresenta le perdite termiche dovute alla maggiore temperatura dei
moduli; si calcola con la relazione:
Ptpv = CT (Tcell - 25) / 100
dove:
Tcell = temperatura misurata, (ad esempio con sonde PT100), sul retro dei
moduli (°C)
CT = coefficiente di variazione della potenza con la temperatura (W%/°C)
Se non è possibile misurare Tcell si può egualmente calcolare Ptpv
misurando la temperatura d’ambiente (dell’aria) in prossimità dei moduli
(Tamb), con la relazione:
Ptpv = [Tamb – 25 + (NOCT - 20) Gp / 800]] CT / 100
CERTIFICATO DI COLLAUDO
Chi può firmare il Certificato di collaudo:
•
Il Progettista dell’impianto PV, oppure;
•
Il Tecnico Responsabile (colui che firma la
Documentazione finale di progetto), oppure;
•
Il Responsabile tecnico dell’impresa installatrice (ai
sensi del DM 37/08), oppure;
•
Un professionista iscritto all’albo professionale
Verifiche e collaudi impianti FV
con strumenti multifunzione
1
D.M. 19/02/2007
La documentazione da produrre
Per ottenere l’incentivo il GSE richiede l’invio della seguente documentazione:
-Richiesta di concessione della tariffa incentivante
-Scheda tecnica finale d’impianto
-Dichiarazione sostitutiva di atto di notorietà
-Documentazione finale di progetto
-Elenco dei moduli fotovoltaici e dei convertitori
-Certificato di collaudo
-Dichiarazione di proprietà dell’immobile destinato all’installazione dell’impianto
-Copia della denuncia di inizio attività
-Copia della comunicazione con la quale il gestore della rete locale ha notificato al
soggetto responsabile dell’impianto il codice identificativo del punto di
connessione alla rete dell’impianto fotovoltaico
-Copia della denuncia di apertura di officina elettrica presentata all’UTF (per
impianti superiori a 20kW)
2
D.M. 19/02/2007
Certificato di collaudo
Il certificato di collaudo richiede
l’effettuazione di:
- Misurazioni sulla sicurezza/funzionalità
dell’impianto (punto 4)
- Misurazioni sul rendimento dell’impianto
(punto 5)
3
D.M. 19/02/2007
Verifiche di sicurezza/funzionalità
Per ottenere l’incentivo il GSE richiede che venga certificato che tutte le seguenti
verifiche abbiano avuto esito positivo:
- Continuità elettrica e connessioni tra moduli (continuità elettrica tra i vari punti
dei circuiti di stringa e fra l’eventuale parallelo delle stringhe e l’ingresso del gruppo
di condizionamento e controllo della potenza)
- Messa a terra di masse e scaricatori (continuità elettrica dell’impianto di terra, a
partire dal dispersore fino alle masse e masse estranee collegate)
- Isolamento dei circuiti elettrici dalle masse (resistenza di isolamento
dell’impianto adeguata ai valori prescritti dalla norma CEI 64-8/6)
4
Esempio di strumento multifunzione per la verifica della sicurezza (SOLAR200)
FUNZIONI
Continuità conduttori di protezione con 200mA
Isolamento con tensioni di prova 50,100, 250, 500, 1000V
DC
Tempo e corrente di intervento di RCD di tipo A e AC
Standard e Selettivi
Impedenza di Linea/Loop e calcolo della corrente di
cortocircuito presunta
Resistenza globale di terra senza intervento RCD
Tensione di contatto
Senso ciclico delle fasi
Help on line e display con backlight
Memoria interna e interfaccia ottica/USB
5
Esempio di strumento multifunzione per la verifica della funzionalità (I-V 400)
Strumento per verifiche delle caratteristiche I-V dei moduli
fotovoltaici
Misura tensioni DC fino a 1000V e correnti DC fino a 10A
Ideale per misure di tensioni e correnti sia su singoli moduli
sia su stringhe di impianti fotovoltaici
Confronto con dati nominali forniti dal costruttore dei
pannelli con traslazione alle condizioni di riferimento (STC)
Gestione di un database interno dei moduli fotovoltaici più
diffusi con possibile aggiornamento da parte dell’utente in
ogni momento
6
Esempio di strumento multifunzione per la verifica della funzionalità (I-V 400)
Impp
Vmpp
Possibilità di valutare Vmpp (Tensione corrisp. alla Pmax)
Possibilità di valutare Impp (Corrente corrisp. alla Pmax)
Possibilità di ridurre le perdite per mismatch
7
D.M. 19/02/2007
Verifiche di rendimento dell’impianto
Per ottenere l’incentivo il GSE richiede che venga certificato che tutte le seguenti
verifiche abbiano avuto esito positivo (da effettuare per ciascun "generatore
fotovoltaico", inteso come insieme di moduli fotovoltaici con stessa inclinazione e
stesso orientamento):
- Pcc > 0.85 * Pnom * I / Istc
Ove:
- Pcc = potenza in corrente continua misurata all'uscita del generatore fotovoltaico, con precisione migliore
del ±2%
- Pnom = potenza nominale del generatore fotovoltaico
- I = irraggiamento misurato sul piano dei moduli, con precisione migliore del ±3%
- Istc = 1000 W/m² (irraggiamento in condizioni di prova standard)
- Pca > 0.9 * Pcc
Ove:
- Pca = potenza attiva in corrente alternata, misurata all'uscita del gruppo di conversione della corrente
continua in corrente alternata, con precisione migliore del ±2%.
TALI CONDIZIONI DEVONO ESSERE VERIFICATE PER I > 600 W/m2
8
D.M. 19/02/2007 – CEI 82-25
Verifiche di rendimento dell’impianto
La verifica del rendimento secondo quanto prescritto della Normativa CEI 82-25 (applicativa del D.M
19/02/07) prevede una serie di misure che sono da effettuate simultaneamente (CEI 82.25 – Par. 15.2)
Occorre infatti misurare l’irraggiamento solare [W/m2] incidente sui pannelli (Gp), la potenza
continua da essi generata (Pcc), la potenza alternata in uscita dall’inverter (Pca), le temperature
ambiente e della cella . Tali misurazioni, si ribadisce, devono essere effettuate simultaneamente
cioè nello stesso istante
Il GSE e le norme CEI impongono l’uso di strumentazione apposita e con precisione elevata. Non è
permesso l’uso di un misuratore di potenza qualsiasi o un qualunque solarimetro
L’ultima edizione della norma CEI 82-25 impone la misura di irraggiamento realizzata tramite un
piranometro a termopila o un solarimetro, purché esso sia realizzato con una cella fotovoltaica
avente una risposta spettrale simile a quella dei moduli
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SOLAR300 - Simultaneità
Tipicamente l’inverter è collocato in posizione distante dai pannelli fotovoltaici
(ex: scantinati di edifici che ospitano i pannelli sul proprio tetto)
Siccome il SOLAR300 deve essere installato in prossimità dell’inverter, al fine di
ovviare alla necessità di avere lunghi cavi di misura per i collegamenti con i
pannelli, è stata introdotta l’unità remota
SOLAR-01 per le misure di
irraggiamento e temperatura, da installare in prossimità dei pannelli fotovoltaici
senza alcuna necessità di essere collegata al SOLAR300 in fase di collaudo. Ciò
è possibile grazie all’operazione di SINCRONIZZAZIONE iniziale tra le due unità
tramite collegamento via cavo USB. In tal modo SOLAR300 e SOLAR-01
acquisiscono i parametri elettrici ed ambientali in simultaneità come necessario
per il collaudo
La simultaneità delle misurazioni è fondamentale. Oltre ad essere richiesta dal
D.M. 19/02/07 è intuitivo pensare come, misurando l’irraggiamento, la potenza
DC e la potenza AC in istanti diversi non si possa calcolare il reale rendimento
dell’impianto
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SOLAR300 - Collaudo impianto FV Monofase
Schema di principio del collegamento alla stringa dell’inverter
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Collaudo impianto FV Monofase
Cosa ci si attende
Sulla base del D.M. 19/02/07 e della CEI 82-25 , le condizioni per avere un esito positivo del
collaudo su un impianto fotovoltaico sono le seguenti:
RENDIMENTO DC = ηdc > 0.85
RENDIMENTO AC = ηac > 0.90
Per temperatura delle celle < 40°C e irraggiamento > 600W/m2
RENDIMENTO DC = η dc > nuova soglia definita in funzione del parametro Ptpv
η dc > (1-Ptpv-0.08)*Pnom*Gp/1000
RENDIMENTO AC = ηac > 0.90
Per temperatura delle celle > 40°C e irraggiamento > 600W/m2
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SOLAR300 – Collaudo impianto FV Monofase
Interpretazione dei risultati (OK)
Esempio di esito positivo:
Rendimento DC = 0.88 > 0.85
Rendimento AC = 0.91 > 0.90
Irr = 1048 W/m2 > 600 W/m2
TIPICO COLLAUDO OK
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SOLAR300 – Collaudo impianto FV Monofase
Interpretazione dei risultati (NON OK)
L’esito negativo del collaudo è dovuto ad
un rendimento AC 0.89 < 0.90
Essendo tale rendimento determinato dalla
Pac e Pdc occorre:
Verificare i corretti fondo scala delle
pinze AC e DC sul SOLAR300
Verificare il valore della corrente Idc
forse troppo elevata e che ha dato
origine ad una Pdc tale da rendere il
rendimento sotto soglia
VERIFICARE IL CORRETTO AZZERAMENTO DELLA PINZA DC E
RIPETERE IL COLLAUDO
14
Tipologie inverter
Inverter centralizzato
Un solo collaudo è necessario
DC
AC
Un unico inverter gestisce tutto
l’impianto. Tutte le stringhe,
costituite da moduli collegati in
serie, sono riunite in un
collegamento in parallelo. Questa
soluzione offre investimenti
economici limitati, semplicità di
impianto e ridotti costi di
manutenzione. Per contro questa
tipologia è particolarmente
sensibile agli ombreggiamenti
parziali limitando lo sfruttamento
ottimale di ogni stringa. È adatto
per campi solari uniformi per
orientamento, inclinazione e
condizioni di ombreggiamento
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Tipologie inverter
Inverter di stringa
Necessario un collaudo per ogni stringa
DC
AC
Ogni stringa, composta da vari
moduli in serie, ha un proprio inverter
rappresentando di fatto un miniimpianto a sé stante; grazie a questa
configurazione si ottengono rese
maggiori rispetto agli inverter
centralizzati riducendo le perdite
dovute ad ombreggiamenti. Ha un
maggior costo a parità di potenza
rispetto ad un impianto con inverter
centralizzato. È adatto per campi
solari articolati con diverse condizioni
di irraggiamento. È utilizzabile anche
per impianti costituiti da più campi
solari geograficamente distribuiti
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Tipologie inverter
Inverter multistringa
Necessario un collaudo per ogni stringa
scollegata dalle altre
DC
AC
Questa tipologia si interpone tra gli
inverter centralizzati e quelli di stringa
consentendo il collegamento
tipicamente di due o tre stringhe per
ogni unità con orientamenti,
inclinazioni e potenze diverse. Dal
lato del generatore DC le stringhe
sono collegate ad ingressi dedicati
indipendenti e dal lato
dell’immissione in rete funzionano
come un inverter centralizzato
ottimizzandone la resa. È il sistema
con il miglior rapporto
costi/prestazioni
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FAQ (Frequently Asked Questions)
Quali vantaggi ottengo con un sistema appositamente studiato per il
collaudo degli impianti fotovoltaici come SOLAR300?
I vantaggi dell’utilizzo di SOLAR300 sono molteplici:
Sincronizzazione delle misure per avere valori corretti e coerenti
Precisione delle misure così come prescritto
Effettuazione del collaudo da parte di un singolo operatore senza bisogno di
colleghi collegati via telefono o radio, oltretutto non sempre possibile
Nessun calcolo da eseguire e nessun valore da trascrivere a mano,
l’apparecchiatura esegue tutti i calcoli necessari, applicando i coefficienti di
correzione della potenza in funzione della temperatura, e fornisce direttamente il
responso SI o NO di conformità alle caratteristiche richieste
Documentazione immediatamente stampabile e consegnabile a cliente, senza
possibilità di manipolazione delle misure, per mettersi al riparo da qualsiasi
dubbio o contestazione sulla correttezza delle misurazioni effettuate
Registrazione protratta nel tempo dei parametri ambientali ed elettrici per un
monitoraggio continuo delle prestazioni dell’impianto e per identificare
immediatamente possibili malfunzionamenti
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FAQ (Frequently Asked Questions)
Cosa rischio utilizzando strumentazione non idonea?
Le richieste in merito alla tipologia ed alla precisione della strumentazione da
utilizzare sono molto chiare e dettagliate. Utilizzare strumentazione non idonea,
così come paiono essere i mille strumenti differenti che alcuni propongono, espone
a diversi rischi. Si può andare dal ritardo del riconoscimento della tariffa
incentivante alla revoca degli incentivi medesimi. Di sicuro non si è in grado di
effettuare il collaudo in maniera corretta ed in caso di eventuale contenzioso non si
può dimostrare alcunché
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