1) IL FENOMENO FOTOVOLTAICO Il temine FotoVoltaico deriva
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1) IL FENOMENO FOTOVOLTAICO Il temine FotoVoltaico deriva dalle parole: "photos" dal greco phos (luce) e "volt" che prende le radici da Alessandro Volta, studioso italiano del fenomeno elettrico; il termine fotovoltaico significa letteralmente: "elettricità dalla luce" Il FotoVoltaico è la tecnologia che permette di produrre energia elettrica mediante la conversione diretta della luce del sole senza l'uso di combustibili. La tecnologia moderna ci permette la costruzione e l'utilizzo delle apparecchiature necessarie ad ottenere la conversio-ne dell'energia solare in energia elettrica. La tecnologia FotoVoltaica da un notevole contributo alla salvaguardia dell’ambiente, limitando gli aumenti di produzione di energia elettrica attraverso la combustione di carbone, petrolio e gas, riducendo quindi l'emissione di sostanze nocive nell'atmosfera. 2) ASPETTI TEORICI Nella fisica dello stato solido l'effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico che si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente semiconduttore) passa alla banda di conduzione a causa dell'assorbimento di fotoni sufficientemente energetici incidenti sul materiale. L'effetto fotovoltaico costituisce una delle prove indirette della natura corpuscolare delle onde elettromagnetiche. La teoria fisica che spiega l'effetto fotoelettrico, del quale l'effetto fotovoltaico rappresenta una sottocategoria, fu pubblicata nel 1905 da Albert Einstein che per questo ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1921. Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l'elettrone risulta libero di allontanarsi dall'atomo di origine. L'assenza dell'elettrone viene chiamata in questo caso lacuna. L'energia minima necessaria all'elettrone per allontanarsi dall'atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato più esterno alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla banda proibita del materiale. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 1 PAG. Illuminando la giunzione P-N si generano coppie di elettroni (-) e lacune (+). 2.1 TIPI DI MODULI FOTOVOLTAICI 2.2.1 SILICIO MONOCRISTALLINO ASPETTO MODULO ASPETTO CELLA (2 BUS BAR) VANTAGGI MAGGIORE EFFICIENZA (1219%); MINORE SPAZIO (A PARITA’ DI POTENZA); MAGGIORE DURATA; MIGLIOR RENDIMENTO IN CONDIZIONI DI MINORE INTENSITA’ SOLARE E MINOR TEMPERATURA. SVANTAGGI MAGGIOR COSTO; MINOR RENDIMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 2 PAG. 2.2.2 SILICIO POLICRISTALLINO ASPETTO MODULO ASPETTO CELLA VANTAGGI MINOR COSTO; ULTIMAMENTE E’ STATA AUMENTATA L’EFFICIENZA E LA DURATA; MIGLIOR RENDIMENTO IN CONDIZIONI DI ALTE TEMPERATURE. SVANTAGGI MINOR RENDIMENTO E QUINDI NECESSITA’ DI MAGGIORE SPAZIO; 2.2.3 FILM SOTTILE – SILICIO AMORFO Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 3 PAG. IL THIN FILM VIENE APPLICATO SU UN MATERIALE DI SUPPORTO E PUO’ ESSERE MOLTO VERSATILE VANTAGGI SI UTILIZZANO MINORI QUANTITA’ DI SILICIO; COSTANO MENO DEL SILICIO CRISTALLINO; PUO’ ESSERE RESO LEGGERO E FLESSIBILE; LAVORA MEGLIO IN CONDIZIONI DI LUCE PEGGIORE E REAGISCONO MEGLIO IN CASO DI COPERTURA PARZIALE. SVANTAGGI MINORE GARANZIA DEL COSTRUTTORE; MINORE TASSO DI CONVERSIONE (612%); NECESSITA’ DI MAGGIORE SPAZIO. 2.3a IMPIANTI GRID CONNECT Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC (Alternating Current, corrente alternata), ma che immettono in rete la produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete. I principali componenti che costituiscono un impianto fotovoltaico connesso in rete sono: Moduli fotovoltaici Inverter per la connessione in rete Dispositivo di interfaccia con la rete elettrica Contatore di energia bidirezionale Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 4 PAG. 2.3b IMPIANTI STAND ALONE (A ISOLA) Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche, come la rete nazionale in AC, che si riforniscono da un impianto fotovoltaico elettricamente isolato ed autosufficiente. I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono generalmente: Moduli fotovoltaici Regolatore di carica Inverter (opzionale, serve solo se ci sono utilizzatori in AC) Sistema di accumulo (batterie di accumulo) Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 5 PAG. In tale moduli viene tipologia di impianti, l’energia prodotta dai fotovoltaici immagazzinata in batterie di accumulo. Il carico viene alimentato, attraverso il regolatore di carica, dall’energia accumulata nelle batterie. Il regolatore di carica serve sostanzialmente a preservare gli accumulatori da un eccesso di carica ad opera del generatore fotovoltaico e da un eccesso di scarica dovuto all’utilizzazione. Entrambe le condizioni sono nocive per la corretta funzionalità e la durata degli accumulatori. 3) SISTEMA DI POMPAGGIO DELL’ACQUA DA POZZI MEDIANTE POMPE ALIMENTATE DA MODULI FOTOVOLTAICI Fondamentale per l’esistenza della vita, l’acqua è il bene di prima necessità per l’uomo come per qualsiasi altro essere vivente. Il fabbisogno giornaliero pro-capite è di 5 litri, in assenza di essi difficilmente si sopravvivrà per più di sette giorni. Per parlare di condizioni di vita accettabili si deve disporre di almeno 50 litri giornalieri per abitante, ma essendo questa un’utopia per molti Paesi poveri, le Nazioni Unite hanno fissato a 40 litri il diritto minimo procapite come obiettivo di mobilitazione per l’annuale giornata mondiale dell’acqua. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 6 PAG. 3.1) I NUMERI Il 97% dell’acqua disponibile è salato. Del 3% rimanente l’uomo è in grado di utilizzarne solamente il 25%, ossia solo lo 0,75% dell’acqua totale. Il 70% dell’acqua di cui disponiamo viene utilizzato in agricoltura, ma il Consiglio Mondiale delle acque sostiene che da qui al 2020 per dissetare il mondo sarà necessario avere almeno il 17% in più dell’acqua attualmente disponibile, diversamente sarà il disastro. [Repubblica] Al momento 783 milioni di persone nel mondo non dispongono di acqua potabile, non perché non ci sia, ma perché non possono arrivare ad essa. Secondo le stime dell’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) ogni anno nel mondo muoiono dieci milioni di persone, la metà sono bambini, per colera, tifo, dissenteria e altre malattie dovute soprattutto alla mancanza di acqua potabile e il conseguente consumo di acqua insalubre. In quei Paesi, soprattutto dell’Africa, l’acqua è responsabile di oltre l’80% delle malattie. Un italiano medio usa circa 40 litri d’acqua per farsi una doccia, con gli stessi litri un abitante dell’Africa centrale sopravvivrebbe per quattro giorni. In media una donna africana percorre 10 km al giorno per andare ad approvvigionarsi di qualche litro d’acqua, raramente sufficiente per l’intera famiglia. In molti Paesi il problema non è la mancanza di acqua, ma la difficoltà a ottenerla. 3.2) PERCHÉ IL FOTOVOLTAICO Uno dei metodi più collaudati e funzionali per l’estrazione dell’acqua potabile consiste nello scavare un pozzo profondo dai 70 ai 100 metri per accedere a una falda sotterranea, da qui riportare su l’acqua attraverso una pompa e accumularla in un serbatoio. Un sistema del genere ha però bisogno di una corrente elettrica continua, che permetta alla pompa di funzionare. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 7 PAG. Cosa fare allora in Africa, dove, fatta eccezione per i Paesi più sviluppati, la popolazione con accesso all’elettricità è circa il 20%, con picchi fino al 5% nei paesi meno sviluppati? Semplice, si sfrutta la risorsa rinnovabile più diffusa: il Sole! L’uso di pannelli fotovoltaici per dare energia a una pompa comporta numerosi vantaggi: Il sole è una fonte di energia inesauribile, almeno per le nostre prospettive temporali; L’energia solare che investe la Terra è circa 15.000 volte superiore al fabbisogno energetico mondiale; L’energia solare che investe in un anno una superficie di poco meno di 2 m2 di suolo (in Italia Centrale) equivale ai consumi elettrici annuali di una famiglia media; Oltre l’80% del territorio africano riceve quasi 2000 kW di energia all’ora per metro quadro; E’ un sistema collaudato, infatti un primo impianto di pompaggio dell’acqua alimentato ad energia solare è stato installato nel 2004 a Kayrati, in Ciad. Col tempo queste pompe solari si sono considerevolmente diffuse dato il vantaggio economico derivato; Possibilità di far funzionare le pompe in luoghi isolati e ricchi di intemperie; 3.3) LA POMPA SOLARE. In uno spazio di appena 6 m² circa è possibile costruire un accesso alla rete idrica, il tutto senza alcun bisogno di attaccarsi a una fonte di corrente elettrica, in dettaglio: a) Viene costruito un pozzo profondo dai 70 ai 100 metri, fino a raggiungere la falda acquifera (ove disponibile, può essere riattivato un pozzo preesistente); b) Viene calata la pompa all’interno della falda, assicurandosi che sia della valenza necessaria; c) La pompa viene collegata ai pannelli fotovoltaici e a un serbatoio; Il serbatoio è necessario in quanto queste pompe non dispongono di batterie, quindi funzionano esclusivamente durante le ore diurne. Il serbatoio fa sì che la riserva idrica sia disponibile anche nelle ore notturne, senza la necessità che la pompa sia in funzione. Non è necessario un serbatoio di grosse dimensioni, uno di 3000 l è più che sufficiente per la notte. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 8 PAG. 3.4) IL RENDIMENTO. Come evidenziato dalle tabelle sotto riportate, una normale pompa fotovoltaica disponibile in commercio può estrarre, con una prevalenza di oltre 60 metri, fino a 1600 litri/ora. Tenendo conto che la pompa funziona esclusivamente durante il giorno e che la durata media di un giorno di Sole sulla fascia equatoriale è di circa 12 ore e 30 minuti si arriva ad un’estrazione giornaliera di oltre 19.000 litri. Il consumo medio pro-capite in Africa Centrale va dai 6 ai 10 litri giornalieri, con questa pompa il numero di individui che possono avere acqua a sufficienza per avere una condizione di vita accettabili (40 litri pro-capite giornalieri secondo l’ONU) è circa 475. Questo significa che una singola pompa può soddisfare il fabbisogno di un villaggio di medie dimensioni. Si riportano i dati di dimensionamento per un impianto in Rabat (Marocco), con pompa PS1200 HR-10 (costruttore Lorentz, prevalenza fino a 80 m, portata fino 1,9 m³/h) e n. 4 moduli fotovoltaici da 180 W. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 9 PAG. Grafico della portata giornaliera (m³/h) nei vari mesi dell’anno. Grafici della portata (m³/h) in relazione alla potenza del motore della pompa ed alla prevalenza. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 10 PAG. 3.5) IMPIANTI DI POMPAGGIO CON POMPE SOLARI REALIZZATI DALLA XY S.p.A. Gli impianti realizzati dalla nostra azienda in Africa sono costituiti dai seguenti elementi: Da n. 4 a n. 6 moduli fotovoltaici in silicio mono o poli cristallino di dimensioni standard e potenza fino a 250 Wp; Regolatore di controllo; Pompa solare; Serbatoio di accumulo; Impianto idrico distribuzione acqua; Shelter contenimento/protezione impianto; 3.5.1 Moduli fotovoltaici Una caratteristica peculiare dei nostri impianti, che ci differenzia da altri produttori, è l’impiego di moduli fotovoltaici di caratteristiche standard, per intenderci gli stessi che vengono utilizzati negli impianti fotovoltaici di grandi dimensioni, con il vantaggio di una più semplice reperibilità sul mercato. Le dimensioni dei moduli che possono essere montati sui nostri impianti sono infatti 1650x99x4,5 mm (corrispondenti a quelle della maggior parte di quelli in commercio). Per l’installazione in zone particolarmente calde impieghiamo moduli in silicio policristallino. La potenza di picco è 230÷250 Wp. I moduli da noi utilizzati hanno una garanzia di 10 anni per i materiali ed i difetti di fabbricazione e di 25 anni per quanto attiene la producibilità (al venticinquesimo anno è garantita una producibilità dell’80% del valore iniziale). Principali caratteristiche dei moduli fotovoltaici impiegati Modulo FV Tipo Pmax Imp Vmp Isc Policristallino [Wp] [A] [V] [A] 230 Wp (1) 230 7,8 29,5 8,4 (1650x990x40mm) 240 Wp (2) 240 8,14 29,5 8,65 (1650x990x40mm) 250 Wp (2) 250 8,15 30,7 8,63 (1640x992x35mm) (1) (2) Voc Peso [V] [kg] 37,0 19,1 37,5 19,1 37,4 18,2 Yingli Solar YGE Suntech STP 3.5.2 Regolatore di controllo Tale apparato regola tutto il sistema di sollevamento acqua e controlla lo stato delle operazioni, rendendo possibile la modifica della velocità del flusso dell'acqua a proprio piacimento, fino a ridurla di un massimo del 30%. Il Controller è montato in superficie, all’inerno dello shelter, e quindi non presenta componenti elettronici sommersi. E' provvisto inoltre delle seguenti protezioni: Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 11 PAG. contro polarità inversa; contro il sovraccarico; contro il surriscaldamento. 3.5.3 Pompa Impieghiamo pompe dei maggiori costruttori mondiali (ad esempio la tedesca Lorentz). Le che utilizziamo hanno il corpo interamente in acciaio Inox e sono formate da due parti, motore + pompa idraulica. Il motore è di tipo Brushless in DC in bassa tensione protetto da 1cm di spessore di calotta in acciaio inox rivestito da cromo ultra resistente. La parte idraulica è in acciaio Inox a giranti ed è resistente alle abrasioni (pietrisco e argilla), non necessita di pulizia e ha una lunga durata. Caratteristiche: Motore DC Brushless; IP68, pressione bilanciata, senza limiti di sommersione; Cuscinetti radenti dinamici, materiale: carbonio / ceramica Materiale delle parti bagnate: acciaio inossidabile (AISI316), POM, gomma; Protezione contro il funzionamento a secco; Pompa elicoidale (volumetrica); Rotore in acciaio inossidabile, cromato duro, resistente all'abrasione; Autopulente. Le caratteristiche della pompa (tipo, potenza, portata e prevalenza) saranno determinate dai nostri tecnici in base alla tipologia d’installazione. 3.5.4 Serbatoio Utilizziamo serbatoi in polietilene lineare che, alle eccezionali proprietà del materiale (leggerezza, resistenza alle sollecitazioni meccaniche, resistenza chimica, elasticità e resilienza), aggiungono una durata superiore di esercizio ininterrotto, grazie anche alla additivazione di agenti anti U.V. Impieghiamo serbatoi certificati, perfettamente idonei per l’acqua alimentare, non trasparenti (sono colorati in massa per estrusione), in modo da impedire al 100% la formazione di alghe, mantenendo così la perfetta potabilità e gradevolezza all’acqua. I nostri serbatoi sono corredati di serie con tappi e raccordi. La capacità del serbatoio da utilizzare sarà determinata dai nostri tecnici in base alle specifiche esigenze del sito d’installazione. 3.5.5 Impianto idrico Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 12 PAG. Impieghiamo tubi di polietilene alta densità PE 100 di colore nero con linee azzurre coestruse per il trasporto di acqua potabile e da potabilizzare, e/o per il trasporto di fluidi alimentari, conformi alla norma UNI EN 12201, rispondenti alle prescrizioni igienico sanitarie del Ministero della Sanità relativa ai manufatti per liquidi alimentari. (Decreto Ministeriale n. 174 del 6 Aprile 2004) e conformi alla norma UNI EN 1622 “determinazione della soglia di odore di sapore”. In alternativa possiamo impiegare tubazioni in acciaio senza saldature, filettabile, a Norme UNI ISO 7/1 UNI ISO 50. Al difuori dello shelter di contenimento delle apparecchiature, rendiamo disponibili tre o più rubinetti con valvola a sfera, con o senza portagomma 3.5.6 Shelter Utilizziamo shelter coibentati, con struttura in acciaio zincato dello spessore di 15/10 mm e pareti in pannelli sandwich (lamiera/poliuretano/lamiera) da 30 mm di spessore. Pavimento in truciolare rivestito (portata 120 kg/m²). La struttura sarà rialzata da terra di circa cm.10-20 per favorire la ventilazione e, di conseguenza, una maggiore durata. Per rialzare la struttura dello shelter, per sostenere il peso del serbatoio e per dare stabilità al sistema shelter-moduli fotovoltaici, al disotto dello shelter sarà realizzato un solettone in cemento armato (v. fig. sottostante) Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 13 PAG. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 14 PAG. 4) LAMPIONE FOTOVOLTAICO STRADALE CON ARMATURA A LED Il nostro lampione fotovoltaico è costituito essenzialmente da: Modulo fotovoltaico in silicio mono o poli cristallino di dimensioni standard e potenza fino a 250 Wp; Regolatore di carica delle batterie da modulo fotovoltaico, con crepuscolare; N. 2 Batterie al GEL da 85 Ah, 12V, corazzate; Armatura tipo stradale a LED per potenze da 24 a 48 W (flusso luminoso da 2400 a 4200 lumen); Braccio porta armatura a LED, realizzato in acciaio zincato a caldo; Supporto testapalo per modulo fotovoltaico con tilt variabile da 10° a 50°, realizzato in acciaio zincato a caldo; Palo in legno lamellare trattato (pino), altezza 4 metri, o in acciaio zincato per altezze fino a 8 metri; Vano porta batterie e regolatore di carica, realizzato in acciaio zincato a caldo, verniciato con polveri termoindurenti, dotato di serratura di sicurezza e di griglia di areazione, da installare alla base del palo; Blocco di fondazione. 4.1) Modulo fotovoltaico Come per gli impianti di pompaggio con pompe solari, una caratteristica peculiare dei nostri lampioni stradali, che ci differenzia dalla maggior parte degli altri produttori, è l’impiego di moduli fotovoltaici di caratteristiche standard. Per le caratteristiche si veda il precedente paragrafo 3.5.1 4.2) Regolatore di carica Il regolatore di carica controlla l‘intero flusso energetico e garantisce nello stesso tempo una mantenimento ottimale delle batterie, evitando scariche profonde. I regolatori di carica utilizzati nei nostri impianti sono di primarie case costruttrici (ad esempio della tedesca Steca) e sono appositamente progettati per l’impiego in impianti d’illuminazione di tipo stand alone. Il circuito di carica dal modulo PV implementa un efficiente algoritmo di ricerca del punto di massima potenza (MPPT), in grado di funzionare su un esteso campo di tensioni; è ammessa una tensione massima sul modulo Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 15 PAG. fino a 100 V. Il regolatore può caricare indifferentemente batterie sia a 12V che a 24V; all’accensione il regolatore riconosce automaticamente se la batteria è a 12V o 24V e automaticamente regola le soglie di ricarica. Il regolatore è dotato di un display a cristalli liquidi (LCD) che ha lo scopo di mostrare lo stato di lavoro del regolatore e degli accessori ad esso connessi (pannelli e accumulatori). Oltre a questa funzione svolge anche un'attività di mantenimento della batteria evitandone sia il sovraccarico che la sottoscarica. Queste funzioni vengono automaticamente svolte dal regolatore in base a delle tensioni di soglia che sono rispettivamente HVD (tensione massima di disconnessione) e LVD (tensione minima di disconnessione). In questo modo si dà la possibilità agli accumulatori di mantenersi più efficienti e più a lungo nel tempo Questi processi di disconnessione, svolti automaticamente dal regolatore, sono basati su un parametro automaticamente calcolato e mantenuto aggiornato dal regolatore stesso, ossia il SOC, cioè lo stato di carica della batteria. Questo regolatore, per il calcolo del SOC, si serve di un circuito integrato all'avanguardia capace di calcolarlo con un'ottima precisione. Il SOC è un parametro molto importante sul quale sono basate le protezioni per il sovraccarico e la sottoscarica. Un ulteriore parametro basato sul SOC è l'LVR (tensione di riallacciamento carico). Sfruttando questo parametro, il regolatore riesce a capire quando gli accumulatori sono abbastanza carichi da poter essere riallacciati al carico (poiché con la protezione LVD gli accumulatori potrebbero venire disconnessi dal carico). Questo modello possiede la funzione di crepuscolare regolabile. Tramite i pulsanti presenti sul pannello anteriore è possibile regolare precisamente per quante ore le lampade rimarranno accese dopo che il sole è tramontato. Questo per evitare sprechi di corrente e risparmiare energia se non utilizzata. Le modalità di utilizzo per l'illuminazione sono: manuale on-off, automatica dal tramonto all'alba, automatica con numero di ore impostato, automatica con timer. Il circuito integrato gestisce un orologio di sistema, infatti è possibile impostare orari precisi di accensione/spegnimento del circuito lampade. Nella confezione è presente anche un sensore di temperatura esterno che serve ad ottimizzare al meglio il processo di carica grazie alla compensazione in temperatura di 5 mV/ºC. Le caratteristiche tecniche principali del regolatore di carica sono le seguenti: circuito stampato totalmente protetto interfaccia utente Led che permette in qualsiasi momento una semplice lettura dello stato della batteria Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 16 PAG. 4.3) attacchi di grandi dimensioni, per consentire un semplice collegamento di moduli fotovoltaici, delle batterie e del carico (lampada) funzionamento estremamente efficiente, regolazione basata su MPPT regolazione di tensione, con scelta automatica della tensione soglia di disinserzione del carico a compensazione di corrente reinserimento automatico del carico compensazione temperatura messa a terra comune su positivo o negativo di un morsetto carica di manutenzione mensile protezione da sovraccarica delle batterie protezione da scarica profonda delle batterie protezione contro l‘inversione di polarità del modulo, del carico e della batteria fusibile di protezione elettronico automatico protezione contro il cortocircuito sia del carico che del modulo protezione contro le sovratensioni sull‘ingresso del modulo protezione contro il funzionamento a vuoto senza batteria protezione da corrente di ritorno durante la notte protezione da sovratemperatura e sovraccarico disinserzione in caso di sovratensione della batteria display multifunzione a Led multicolori Led per indicazione stato di funzionamento funzione di illuminazione notturna impostabile conformità agli standard europei (CE), alla direttiva ROHS, standard ISO 9001 e ISO 14001 opzioni: modulo di comunicazione Radio o GSM Batterie al Gel I nostri lampioni fotovoltaici a LED sono corredati di n. 2 batterie al gel, 12 V, 85 Ah, di tipo sigillato, collegate in serie (la maggior parte degli altri produttori utilizza una sola batteria e generalmente non al gel). La batteria al GEL è un accumulatore al piombo-acido nel quale l’elettrolita non è liquido come nelle più comuni batterie, ma assume la consistenza e l’apparenza di un composto gelatinoso. L’elettrolita gelatinoso, il contenitore sigillato e la reazione chimica interna a “ricombinazione” (VRLA) rendono tali accumulatori: Realmente senza manutenzione (MF – “Maintenance Free”); Immuni dal rischio di sversamento accidentale dell’acido liquido; Adatti ad installazioni in prossimità di persone e di apparati elettronici. Inoltre la conformazione gelatinosa dell’elettrolita garantisce una maggiore protezione alle piastre durante la fase di scarica rendendo tali batterie particolarmente indicate ad applicazioni che prevedono cicli di scarica molto “profondi”. In condizioni di lavoro “pesante” in termini di numero di cicli di carica-scarica e profondità di scarica e se sottoposta a corretta ricarica la vita utile di una batteria al gel è di circa 3 volte quella di una comune batteria ad acido. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 17 PAG. Le applicazioni tipiche sono quelle nelle quali la batteria è soggetta a: Scariche "profonde"; Elevato numero di cicli di carica-scarica; Installazioni particolari dove non devono esserci rischi di sversamento accidentale o perdite di liquido; Ad applicazioni nelle quali non è possibile o non si vuole effettuare manutenzione. I settori nei quali vengono diffusamente utilizzate sono: Solare ed eolico stand alone; Nautica da diporto e professionale; Veicoli e macchinari elettrici; Impieghi industriali. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 18 PAG. 4.4) ARMATURA STRADALE A LED Per i nostri lampioni fotovoltaici a LED utilizziamo armature stradali a LED dei maggiori costruttori (Philips, General Electric, Disano, ecc.). Le potenze impiegate vanno da 24 a 48 W (con flusso luminoso da 2400 a 4200 lumen) La tecnologia LED e sempre più utilizzata in ambito illuminotecnico in sostituzione di alcune sorgenti di luce tradizionali. Il loro utilizzo nell'illuminazione pubblica, in sostituzione di lampade al sodio o ai vapori di mercurio, è oggi possibile con notevoli risultati in termini di risparmio energetico (fino al 60%) e bassi costi di manutenzione. I principali vantaggi della tecnologia led rispetto alle tradizionali lampade a scarica sono: Rispetto dell'ambiente (assenza di sostanze nocive quali vapori di mercurio, sodio, ecc.); Maggiore durata (circa 50.000 ore contro le 610.000 delle lampade elettroniche); Le lampade tradizionali, essendo omnidirezionali, diffondono la luce in tutte le direzioni ed è quindi necessario adottare l'armatura di parabola per recuperarne metà. L'efficienza luminosa finale è circa il 50% di quella emessa. Il Led invece è direzionale per costruzione ed emette un fascio luminoso definito e quindi riduce al minimo l'inquinamento luminoso; Nessuna emissione di radiazioni termiche ed ultraviolette: nessun danno mutageno alle persone che alla pigmentazione monumentale e artistica, inoltre i led non attirano gli insetti. Principali caratteristiche dei corpi illuminanti: Corpo/Telaio/Ganci: In alluminio pressofuso; Diffusore: vetro temperato, resistente agli shock termici e agli urti (prove UNI EN 121501/2001); Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 19 PAG. Verniciatura: In diverse fasi. Ad immersione per cataforesi epossidica per la resistenza alla corrosione e alle nebbie saline. Seconda mano di finitura con resina acrilica, ecologica, stabilizzata ai raggi UV; Dotazione: In caso di manutenzione si apre la cornice che rimane appesa tramite staffe. Sezionatore di serie per il collegamento elettrico. Dispositivo automatico di controllo della temperatura. Nel caso di innalzamento imprevisto della temperatura del LED causata da particolari condizioni ambientali o ad un anomalo funzionamento del LED, il sistema abbassa il flusso luminoso per ridurre la temperatura di esercizio garantendo sempre il corretto funzionamento. Diodo di protezione contro i picchi di tensione; Ottiche: In policarbonato V0 metallizzato ad alto rendimento con micro sfaccettatura. Alimentazione: 12-24 V DC; Temperatura di colore: 5000°K (a richiesta 2700, 4000 o 6000°K); Isolamento classe II, peso 68 kg; Montaggio: A sbraccio o a testapalo con possibilità di regolare l’inclinazione da +/-15°,+/-10° e +/-5°; Efficienza LED: 160 lumen/watt; NORMATIVA: Prodotti in conformità alle norme EN 60598-1, EN 60598-2-1, EN 60598-2-3, EN 60825-1, EN 55015. 4.5) 4.5.1 PALI PALI IN LEGNO (altezze fino a 4 metri fuori terra) Proponiamo lampioni fotovoltaici anche con pali in legno lamellare perché, come nessun altro materiale il legno è vivo, caldo, bello da vedere e da toccare; il legno è nuovo ma antico, fa da sempre parte della nostra storia e cresce proprio come noi. Un materiale estremamente naturale che vive in perfetta armonia con noi e il nostro ambiente. Utilizziamo il Pino di Svezia e il Pino Continentale. Il reperimento dei legnami viene sempre fatto con estrema attenzione alle politiche di tutela ambientale e severi programmi di riforestazione controllata nei paesi d’origine. Il legno lamellare viene ottenuto incollando diverse lamelle di legno l’una all’altra. Le lamelle, con spessore dai 2 mm ai 33 mm, vengono precedentemente piallate, incollate con collante melamminico atossico e resistente all’acqua e quindi sottoposte a ulteriore piallatura, per eliminare i residui di colla. Il vantaggio è che il legno lamellare permette di ottenere profili di dimensioni difficilmente reperibili in Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 20 PAG. natura; le caratteristiche imperfezioni del legno (nodi e fenditure) si limitano alla sola lamella. Per rendere le essenze di pino più resistenti contro gli attacchi di agenti esterni quali funghi, muffe e marcescenze, viene utilizzato il metodo di impregnazione in autoclave, impiegando sali atossici privi di cromo e arsenico. La nostra azienda acquista essenze che hanno subito processi di impregnazione in autoclave conformi alla normativa europea DIN 68800/3 e certificati dall’Istituto RAL. I prodotti impregnati in autoclave possiedono il caratteristico colore verde chiaro, dato dalla presenza del rame nei sali utilizzati per il trattamento. Per chi desidera un colore più scuro, può essere richiesto come opzione. La tinteggiatura viene effettuata con tintura all’acqua color noce e finitura a cera, sui prodotti precedentemente impregnati in autoclave. Lampione fotovoltaico con palo in legno realizzato a ……………… 4.5.2 PALI IN ACCIAIO (altezze fino a 8 metri fuori terra) Per i nostri lampioni fotovoltaici a LED, utilizziamo sostegni in acciaio di forma conica ricavati tramite laminazione a caldo da tubo Fe 430 UNI 10025 con caratteristiche minime di resistenza a trazione 410560 N/mmq, carico unitario di snervamento 275 N/mmq. La protezione dei sostegni è ottenuta attraverso zincatura a caldo secondo le norme UNI EN 40/4. I pali avranno una fascia di rinforzo in acciaio con sovrastante fascia protettiva bituminosa nella zona della sezione d’incastro. I pali saranno inoltre dotati di asola per passaggio cavi. Il sostegno da 8 metri avrà le seguenti dimensioni normalizzate (UNI EN 40/2): altezza fuori terra H = 8 m, lunghezza totale 8, 8 m, altezza nominale 8 m, diametro alla base 139,7 mm, diametro in testa 65 mm, peso 92 kg, spessore 3,8 mm. 4.6) VANO PORTA COMPONENTI Il vano porta batterie e regolatore di carica, è realizzato in acciaio zincato a caldo, verniciato con polveri termoindurenti, dotato di serratura di sicurezza e di griglia di areazione e, a differenza degli altri costruttori, il nostro viene installato alla base del palo. Abbiamo adottato questa soluzione ottenendo i seguenti fondamentali vantaggi: Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 21 PAG. Facilità di accesso (senza mezzi di sollevamento) al vano porta componenti per le operazioni di eventuale regolazione dei parametri del regolatore di carica e di sostituzione delle batterie (si ricorda che i LED, posizionati in alto, invece hanno una vita tecnica di 50.000 ore, corrispondenti a circa 17 anni considerando 8 ore di accensione al giorno); Minori carichi meccanici applicati al sostegno. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 22 PAG. 4.7) FONDAZIONE Il blocco di fondazione sarà opportunamente dimensionato in base alle caratteristiche del terreno ed al tipo di palo. Sarà realizzato con calcestruzzo con resistenza caratteristica Rck=250 Dan/cm², armato con tondini ad aderenza migliorata in acciaio feB44k, con piastra con tirafondi nel caso di palo in legno. In caso di terreni di qualità media, in grado di assorbire sollecitazioni di lunga durata pari a 0,81 Dan/cm², il blocco di fondazione potrà avere le seguenti dimensioni orientative: per pali in legno di altezza 4 metri fuori terra, 100x100x85 cm (lxpxh); per sostegni in acciaio di altezza 8 metri fuori terra, 140x140x100 cm (lxpxh). E’ comunque sempre consigliabile dimensionare il blocco di fondazione in base alle caratteristiche reali del sito d’installazione. . Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 23 PAG. 5) EOLICO, MINIEOLICO E MICROEOLICO L'energia eolica è la conversione dell'energia del vento in una forma utilizzabile di energia, generalmente grazie all'utilizzo di aerogeneratori che producono energia elettrica, tramite mulini a vento che producono energia meccanica, pompe a vento che pompano l'acqua oppure ancora vele che spingono in moto i natanti. L'energia eolica convertita in energia elettrica è un'energia alternativa ai combustibili fossili, abbondante, rinnovabile e a sostegno dell'economia verde, ampiamente distribuita, pulita, non produce emissioni di gas serra durante il funzionamento e richiede una superficie di terra non eccessivamente elevata. Gli effetti sull'ambiente sono in genere meno problematici rispetto a quelli provenienti da altre fonti di energia tradizionali. L'energia eolica è una fonte stabile di anno in anno, ma ha una variazione significativa su scale di tempo più brevi. L'intermittenza del vento crea raramente problemi quando essa viene utilizzata per fornire fino al 20% della domanda totale di energia elettrica, ma se la richiesta è superiore vi è necessità di particolari accorgimenti e di una capacità di produzione da altre fonti. Si riporta una mappa dei venti relativa al continente africano. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 24 PAG. Dove kt (knot) è la velocità del vento espressa in nodi internazionali (1kt=0.514444 m/s). Come si evince dalla suddetta mappa dei venti l’energia eolica è la più sfruttabile su larga scala nelle zone settentrionali dell’Africa, in particolare modo, la costa mediterranea, e nelle parti più meridionali del continente. La tendenza attuale del mercato vede la realizzazione di aerogeneratori sempre più grandi e potenti; le macchine commerciali di taglia maggiore hanno una potenza di 5-6 MW e un rotore del diametro di oltre 120 metri. Uno solo di questi aerogeneratori, in condizioni di vento ottimale, può soddisfare il fabbisogno di elettricità di quasi 5.000 famiglie. I generatori eolici di grande taglia sono adatti al funzionamento ti tipo grid connect (connessi a rete di distribuzione pubblica). Tuttavia, l'abbattimento dei costi di produzione delle turbine di grande taglia, grazie all'economia di scala, ha portato molti benefici anche per il settore dei mini e micro generatori eolici. Oltre alla nostra azienda, numerosi operatori del settore, nonché imprese emergenti, stanno investendo ingenti risorse sulle macchine eoliche di piccola e piccolissima taglia. Le macchine di piccola taglia (minieolico, con potenze da qualche kW a qualche decina di kW) e quelle di piccolissima taglia (microeolico, con potenze fino al kW) ben si adattano ad impianti di tipo stand-alone (ad isola), specie se abbinati ad altra fonte di energia (impianti ibridi eolico/ fotovoltaico, eolico/diesel, eolico/fotovoltaico/diesel, dove per diesel s’intendono i gruppi elettrogeni). 5.1 CARATTERISTICHE TECNICHE Tutti i generatori eolici ad asse orizzontale, al di là delle taglie (micro, mini o grande) e dei modelli, presentano tre componenti fondamentali: 5.1.1. Il rotore Le pale della macchina (di norma tre) collegate a un mozzo, formano il rotore. Le pale sono realizzate solitamente in fibra di vetro o di carbonio. Esistono anche modelli monopala, bipala o multipala, che tuttavia non sempre offrono un'efficienza complessiva paragonabile a quella dei generatori a tre pale. I generatori tripala hanno inoltre una conformazione estetica più equilibrata e armoniosa e in fase di funzionamento risultano più "riposanti" per l'occhio umano, rispetto ai modelli mono e bipala. Il diametro del rotore può andare da un minimo di circa 1 metro, per i generatori di taglia inferiore a 1 kW, fino a oltre 120 metri nel caso di turbine da molti megawatt di potenza. Grandi generatori eolici con rotore tripala Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 25 PAG. 5.1.2. La navicella Si tratta della cabina posta sulla sommità della torre. La navicella sostiene il mozzo del rotore e contiene al proprio interno l'albero di trasmissione, il generatore elettrico e i sistemi di controllo (il rotore e la navicella insieme formano quella che propriamente si definisce "turbina"). La navicella ha anche il compito di proteggere l'apparato elettrico e meccanico dai fenomeni atmosferici e di ridurre la rumorosità in fase di esercizio. La navicella è adagiata su un cuscinetto e di norma è progettata per ruotare orizzontalmente di 180° o anche di 360°, consentendo al rotore di allinearsi con la direzione del vento. Navicella in fase di installazione Il direzionamento ottimale della navicella rispetto alla direzione del vento avviene, nei generatori di grande taglia, grazie a un complesso "sistema di imbardata" di tipo elettro-meccanico, mentre i micro e mini generatori sono normalmente dotati di un semplice timone direzionale. Generatore micro eolico con timone direzionale 5.1.3. La torre La torre ha il compito di sostenere il peso di navicella e rotore e di resistere a tutte le sollecitazioni. Fondamenta in cemento armato fissano la torre al suolo, assicurando sicurezza e stabilità a tutta la struttura. Soltanto per alcune installazioni davvero "micro" si può fare a meno delle fondazioni in cemento. Le torri più comuni sono quelle tubolari, realizzate in acciaio o in calcestruzzo e cave all'interno. Le torri Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 26 PAG. tubolari sono preferite soprattutto per il migliore impatto visivo rispetto alle torri strallate e a quelle a traliccio. L'altezza della torre è variabile e dipende anche dalle caratteristiche di ventosità del sito. Se per i micro generatori eolici possono bastare torri di qualche metro, nel caso di aerogeneratori da molti megawatt l'altezza al mozzo può superare anche i 100 metri. Torre tubolare in acciaio Mini/micro eolico con torre e cavi in acciaio, dotati di tenditori Micro eolico installato su tetto Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 27 PAG. 5.1 IMPIANTO EOLICO STAND ALONE In modo analogo a quanto avviene per il fotovoltaico, questa famiglia identifica quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche, come la rete nazionale in AC, che si riforniscono da un impianto eolico elettricamente isolato ed autosufficiente. I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono generalmente: generatore eolico Regolatore di carica Inverter (opzionale, serve solo se ci sono utilizzatori in AC) Sistema di accumulo (batterie di accumulo) Protezioni In tale tipologia di impianti, l’energia prodotta dal generatore eolico viene immagazzinata in batterie di accumulo. Il carico viene alimentato, attraverso il regolatore di carica, dall’energia accumulata nelle batterie. Le funzioni del regolatore di carica e dell’inverter sono del tutto analoghe a quanto descritto per gli impianti fotovoltaici. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 28 PAG. 6) GRUPPI ELETTROGENI In elettrotecnica il gruppo elettrogeno è una macchina costituita da un motore termico (a benzina, a gas, ma più spesso diesel) accoppiato ad un generatore elettrico (alternatore), atta a produrre energia elettrica a partire da energia termica di combustione tramite opportuna conversione, passando attraverso una conversione intermedia in energia meccanica. I gruppi elettrogeni più comuni producono C.A. (alternative current, corrente alternata) a bassa tensione, monofase o trifase, con tensioni di uscita generalmente di 230 V monofase e 400 V trifase. La gamma di potenze prodotte è molto ampia, variando dal kVA o meno dei piccoli gruppi elettrogeni ad uso casalingo, alle migliaia di kVA dei grandi gruppi per uso industriale. Si possono classificare 2 tipi di potenze: PRP: Prime Power è la potenza massima che il generatore può fornire con carico variabile ed in servizio continuo secondo le condizioni ambientali e di ciclo di lavorazione stabilite dal costruttore. La potenza media in un giorno non deve superare, in genere, il 70% della PRP; LTP: Limited Time runnig Power è la potenza massima costante erogabile nelle condizioni stabilite dal costruttore per un numero massimo di 500 ore annue. Esempio di gruppo elettrogeno trasportabile, in dotazione all'Esercito Italiano. I gruppi elettrogeni possono lavorare in servizio continuo o in emergenza, a seconda dell'utilizzo (per esempio a servizio continuo è il gruppo da cantiere senza alimentazione da rete, a servizio in emergenza è il gruppo usato nelle sale operatorie ospedaliere, utilizzato in caso di mancanza di tensione di rete). I gruppi elettrogeni possono lavorare su impianti Stand Alone in servizio continuo, se unica fonte di energia elettrica, o in servizio alternativo a supporto del fotovoltaico e/o dell’eolico, in impianti ibridi. Possono altresì lavorare in emergenza in impianti Grid Connect, intervenendo automaticamente in caso di mancanza della tensione di rete. Per i ns. impianti utilizziamo i più famosi produttori di motori e alternatori per gruppi elettrogeni: Per i motori, Isotta Fraschini, Cummins, Deutz, Iveco, Volvo-Penta, Lombardini, Perkins, Ruggerini, Guidetti - Condor, MWM, Same, John Deere, Caterpillar, Subaru; Per gli alternatori (generatori), Stamford, Meccalte, Marelli, Sincro. La nostra azienda Installa gruppi elettrogeni singoli o abbinati a fotovoltaico e/o eolico (impianti ibridi), con potenze da qualche kVA fino a 2200 kVA per singola macchina. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 29 PAG. Esempio di piccolo gruppo elettrogeno prodotto dalla italiana Green Power, con motore Subaru a benzina, 169 cc, un cilindro, monofase 230 V, PRP=2,3 kVA, LTP=2,5 kW, consumo 1,8 l/h al 75% del carico. Esempio di gruppo elettrogeno prodotto dalla italiana Green Power, con motore Volvo Penta Diesel, 16120 cc, sei cilindri, trifase 400 V, PRP=500 kVA - 50Hz, LTP=550 kVA - 50 Hz, consumo 77,1 l/h al 75% del carico. Esempio di gruppo elettrogeno prodotto dalla italiana Green Power, Potenza LTP=172 kVA, con cofanatura insonorizzante, per installazione interna od esterna. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 30 PAG. 7) IMPIANTI IBRIDI Per impianti ibridi s’intendo gli impianti realizzati utilizzando più di una tecnologia, ad esempio fotovoltaico/eolico, fotovoltaico/diesel, eolico/diesel, fotovoltaico/eolico/diesel. Questi impianti sono generalmente di tipo Stand Alone. 7.1 Fotovoltaico/eolico I principali componenti di un impianto fotovoltaico/eolico a isola, ossia di un elettricamente isolato ed autosufficiente, sono essenzialmente: impianto generatore fotovoltaico generatore eolico controller/regolatore di carica (Wind and Solar Hydrid controller) Inverter (opzionale, serve solo se ci sono utilizzatori in AC) Sistema di accumulo (batterie di accumulo) Protezioni I vantaggi di abbinare le due tecnologie, fotovoltaico ed eolico, derivano evidentemente dal fatto le due fonti di energia pulita non sono disponibili con continuità e con regolarità sia nell’arco delle 24 ore che nell’arco dell’anno e spesso diventano complementari, garantendo un flusso di energia più costante verso il sistema di accumulo e quindi verso l’utenza. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 31 PAG. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 32 PAG. 7.1 Fotovoltaico/eolico/diesel I principali componenti di un impianto fotovoltaico/eolico/diesel a isola, ossia di un impianto elettricamente isolato ed autosufficiente, sono generalmente: generatore fotovoltaico generatore eolico generatore diesel (gruppo elettrogeno) controller/regolatore di carica Inverter Invertet/caricabatterie Sistema di accumulo (batterie di accumulo) Protezioni A titolo esemplificativo si riporta il seguente schema: Legenda simboli: A – moduli fotovoltaici; B – inverter per la connessione in rete (mono o trifase); C – inverter/caricabatterie; D – regolatore di carica; F – generatori eolici con inverter; G – gruppo elettrogeno (generatore diesel); H – sistema di accumulo (batterie); L – load, carico (utenze a 230 o 400 V in A.C.) Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 33 PAG. Il sistema ibrido funziona nel modo seguente. I generatori eolici (F) e parte dei generatori fotovoltaici (A) vengono collegati, mediante gli inverter (B), direttamente al carico in A.C. Gli inverter/caricabatterie (C, bidirezionali) caricano le batterie ed al tempo stesso alimentano il carico in C.A. nel caso la potenza messa a disposizione dagli inverter (B) non sia sufficiente. Inoltre è prevista la possibilità di collegare parte dei moduli fotovoltaici direttamente alle batterie (H) sul lato D.C. mediante regolatori di carica (D). Qualora il sistema non dovesse disporre dell’energia sufficiente per alimentare il carico, è possibile far avviare automaticamente un generatore diesel (G), che alimenterà il carico e contemporaneamente caricherà le batterie attraverso gli inverter/caricabatterie bidirezionali (C). Se le batterie sono cariche, il generatore diesel (G) si disinserisce automaticamente. Il carico (L) viene alimentato direttamente dai generatori (A ed F) sul lato A.C. Nel caso la potenza disponibile sia insufficiente, gli inverter/caricabatterie bidirezionali (C) provvedono a fornire la potenza necessaria supplementare dalle batterie, controllando la rete A.C. Nel caso l’energia fornita dai generatori fotovoltaici (A) o dagli eolici (F) sul lato A.C. sia in eccesso, gli inverter/caricabatterie (C) provvedono dapprima a caricare le batterie. Se le batterie sono cariche e la potenza disponibile è sempre maggiore di quella richiesta dal carico (L), gli inverter/caricabatterie (C) aumentano la frequenza sulla rete A.C. Gli inverter di rete (B) disinseriscono quindi i generatori fotovoltaici (A) uno ad uno, fino a quando il bilancio energetico dell’intero sistema è in equilibrio. Se il fabbisogno di carico (L) aumenta, gli inverter di rete (B) inseriscono di nuovo i generatori fotovoltaici (A). In questo modo è possibile regolare automaticamente grandi sistemi ibridi in A.C. Possono essere impiegati generatori diesel (G) con potenza fino a circa 100 kVA. Così è possibile realizzare sistemi ibridi in A.C. da circa 10 kW fino a più di 100 kW di potenza Un vantaggio offerto dai sistemi ibridi consiste nel fatto che, per fare fronte ai periodi di scarso irraggiamento, non è necessario un sovradimensionamento eccessivo del generatore fotovoltaico. Ciò permette di risparmiare notevolmente sui costi. Nel sistema si utilizza sempre in modo prioritario l'energia fornita dai moduli fotovoltaici e dai generatori eolici. Associando ai moduli fotovoltaici ed ai generatori eolici una terza fonte di energia comandabile (gruppo elettrogeno), l'alimentazione di energia è assicurata 24 ore su 24 in ogni periodo dell'anno. E’ possibile avere il monitoraggio a distanza del sistema, via GSM. Appunti offerti dall’Ing. Maggi D. - A.S. 2014-2015 – Istituto Tecnico A. Volta - Guidonia M. (Roma) 34 PAG.
