Il progetto dell’ impianto fotovoltaico : un esempio

Fare un progetto per un impianto fotovoltaico comporta alcune fasi più o meno comuni a tutte le installazioni. Ogni progetto dovrà essere redatto da un esperto, però, anche per l’utente finale potrà esser utile avere un’idea di cosa voglia dire progettare un impianto fotovoltaico.

Per questo motivo proponiamo qui l’esempio ipotetico di un progetto per un impianto fotovoltaico con moduli in silicio policristallino realizzato nei pressi di Napoli, impianto di poco più di 19 kw di potenza di picco e con i pannelli posti sul classico tetto a falde inclinate.

L’esempio simula la progettazione di un impianto fotovoltaico connesso in rete, senza sistemi di accumulo tramite batterie,  con un’utenza in autoconsumo al servizio dell’impianto stesso e con una convenzione di ritiro dell’energia tramite “scambio sul posto”.

Nello specifico, l’edificio di installazione al quale si farà riferimento è un capannone industriale sulla cui copertura vengono posati i pannelli fv costituenti il campo fotovoltaico. Come detto si prende in considerazione una realizzazione di tipo “classico” (con moduli complanari al tetto a falde), ed eseguito su di una struttura edilizia esistente. I componenti fotovoltaici sono semplicemente sovrapposti alla struttura edilizia mediante il ricorso ad un opportuno sistema di montaggio.

La superficie a disposizione è di circa 259 metri quadrati, interamente utilizzata.

Il progetto fotovoltaico dal punto di vista energetico

Dal punto di vista energetico, al fine di ottenere un corretto bilancio energetico e tenendo conto delle producibilità si ipotizza che i consumi siano dell’ordine dei 40.000 kWh annui a fronte di una potenza impegnata di 50 kW. Per una giusta valutazione della producibilità dell’impianto fv, nella fase di progettazione deve essere inoltre data particolare attenzione ad eventuali ombreggiamenti dei pannelli fotovoltaici, che ne possono compromettere i rendimenti in determinate fasce orarie.

Le dimensioni del capannone a doppia falda oggetto dell’intervento di installazione sono:

• lunghezza: 36 metri;
• larghezza: 10 metri;
• altezza al colmo: 5 metri;
• inclinazione della falda: 30°

L’inclinazione sul piano orizzontale della copertura è di 30° (questo è “l’angolo di tilt”) mentre l’orientamento (“angolo di azimuth”) è di 20°, la località del sito di installazione ipotizzata è Napoli.

Per ciò che concerne la potenzialità energetica del sito di installazione, l’irraggiamento solare globale incidente sul piano orizzontale e quello incidente sul piano dei moduli, espressi in kWh/m2/giorno, variano al variare dei mesi: si va da circa 2 Kwh/giorno di dicembre agli oltre 6 kwh/giorno nei mesi di giugno e luglio.

Il progetto impianto dal punto di vista tecnico

Ecco qualche caratteristica tecnica dell’impianto fv e dei componenti scelti.

Il progetto dell’ impianto fotovoltaico in silicio policristallino presenta una potenza di 19,3 kW ottenuta mediante l’uso di 168 moduli fotovoltaici in silicio policristallino da 115 W l’uno di potenza nominale. Si è cercato, inoltre, di sfruttare il più possibile la superficie messa a disposizione dal capannone industriale coprendo di moduli l’intera superficie del tetto.

Il pannello fotovoltaico scelto ha 54 celle di dimensioni 125×125 mm, collegate tra loro in serie. Il modulo è dotato di tre diodi di bypass, ed è garantito sulla potenza nominale per 20 anni. La cornice in alluminio anodizzato consente di ancorarlo su appositi sistemi di sostegno. Il sistema di sostegno scelto per i moduli fotovoltaici è dotato di profili-trave trasversali (con appositi cunicoli per il passaggio dei cavi), di morsetti medi,  morsetti terminali, calotte terminali, piastre di congiunzione e appositi ganci adatti ai differenti contesti di installazione.

Il progetto dell’impianto fotovoltaico dal punto di vista costruttivo

Nella simulazione di progetto presa in esame, da un punto di vista costruttivo, i pannelli fotovoltaici montati hanno esclusivamente funzione di sovracopertura, e non sostituiscono alcun elemento di tipo edile. La funzione assolta da questo tipo di installazione è analoga a quella di una sovracopertura tradizionale (i moduli posti invece al posto di particolari elementi strutturali consentono in genere  di migliorare l’isolamento termico ed acustico dell’ambiente posto al di sotto della copertura).

Il sistema di montaggio preso in considerazione in questo esempio è adatto a tutti i moduli dotati di telaio (vedi la 3° figura qui sotto).

Il progetto dal punto di vista elettrico e componentistico

Ecco come invece è formato il campo fotovoltaico, cioè l’insieme dei moduli installati sul tetto: si è scelto di adottare 14 stringhe ciascuna delle quali si compone di 12 moduli connessi in serie. Le principali caratteristiche del campo fotovoltaico sono le seguenti:

• Potenza operativa: 17,2 kw (a 50 °C)
• Potenza nominale: 19,3 kw (STC – Condizione di temperatura standard)
• Numero di moduli: 168
• Vmmp (60 °C): 272 V (Vmmp è la tensione alla massima potenza)
• Immp (60 °C): 60 A (Immp è la corrente alla massima potenza)
• Isc (60 °C): 66 A

Ogni stringa è munita di fusibili, sezionatore e diodi di blocco dimensionati in maniera adeguata. I fusibili hanno la funzione di proteggere il sistema dalle sovracorrenti, mentre i sezionatori, di tipo sotto carico, consentono l’isolamento temporaneo di alcune stringhe per la manutenzione dell’impianto fotovoltaico.

L’importanza di studiare gli ombreggiamenti.
Le stringhe completamente ombreggiate in genere non contribuiscono alla produzione energetica. Nel nostro esempio l’entità della perdita di energia su base annua è ampiamente sotto il 5% , valore generalmente accettabile.

Lo schema a blocchi dell’impianto fotovoltaico è riportato nella figura qui sotto: si è scelto volutamente di utilizzare un unico inverter dotato al suo interno del dispositivo che svolge le funzioni di protezione di interfaccia in accordo alla normativa vigente (CEI 11-20). Questo dispositivo dovrà essere dotato di un’opportuna certificazione emessa da un laboratorio accreditato.

Schema impianto fotovoltaico 19 kw con moduli in silicio policristallino

Queste, invece, le caratteristiche tecniche dell’ inverter.

• Potenza nominale: 17 kVA
• Tensione operativa lato DC: 220-400 V
• Potenza di soglia: 200 W
• Efficienza al 10% della Pnom: 90%

• Efficienza alla Pnom: 94%

• Tipo di uscita: trifase

L’installazione prevede inoltre la presenza di 2 scaricatori (uno per ogni ingresso degli inverter) per la protezione contro gli effetti prodotti da sovratensioni indotte a seguito di scariche atmosferiche.

Ecco lo schema elettrico completo e dettagliato dell’impianto fv.

Impianto fotovoltaico da 19 kwp – Schema elettrico completo

Leggi qui un altro articolo su come è fatto lo schema elettrico degli impianti fotovoltaici.