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Generalità
Nell'ambito urbano le tecnologie di produzione di energia alimentate
da fonte solare possono oggi essere convenientemente utilizzate per
coprire solo una parte dei fabbisogni energetici. Tuttavia gli edifici
collocati nell’ambito di aree verdi caratterizzati da relativamente
basso fabbisogno energetico ed 'utilizzo prevalentemente diurno sono,
tra le strutture urbane, quelli che presentano le caratteristiche più
adatte per una quasi completa autosufficienza energetica basata sull'utilizzo
delle fonti rinnovabili. In particolare quelle di proprietà comunale
aperte all’afflusso di pubblico, posseggono ampio valore dimostrativo
ed educativo per la sensibilizzazione della cittadinanza. Il progetto
di cui la presente relazione tecnica presenta un impianto fotovoltaico
da circa 10,5 kW di picco da realizzarsi nell'ambito del Complesso Scolastico
di Empoli. Tenuto conto del tipo di utilizzo, che prevede basso fabbisogno
termico (grazie anche ad un buon isolamento e a un complesso di serre)
l'impianto fotovoltaico porterebbe lo stabile verso una parziale autosufficienza
energetica realizzata mediante tecnologie rinnovabili. Questo tra l’altro
consentirebbe un risparmio nelle spese di gestione a carico dell'Amministrazione.
Descrizione dell’impianto
Si tratta di nuovi volumi posti a ridosso della linea ferroviaria, organizzati
quasi perfettamente sull’asse est / ovest
L’impianto da 10,5 kWp sarà destinato a produrre energia
elettrica in collegamento alla rete di bassa tensione in corrente alternata
di tipo monofase e sarà un esempio di installazione integrata
nell’ambiente costruito.
L’impianto sarà costituito dai seguenti componenti principali:
o generatore fotovoltaico
o gruppo di conversione
o quadro di parallelo e di consegna
o quadro elettrico generale
Il generatore è costituito da 150 moduli fotovoltaici
(56x122) disposti su quattro file, per un totale di 10,500 W di potenza
di picco installata. L’area coperta sarà di circa 98 m2,
avrà una inclinazione di 26° e un orientamento di ovest -
sud-ovest, perpendicolare a quella della falda del tetto sottostante.
Il gruppo di conversione è costituito da tre dispositivi
(dimensioni circa 44x30x21 cm), ciascuno dei quali contiene:
1. due connettori per stringhe in parallelo
2. il sistema di protezione (fusibili,diodi di blocco, sistemi di protezione
da sovraccarico, sezionatori di stringa e protezione da sovratensioni)
3. convertitore statico c.c./a.c. o inverter
4. il dispositivo di interfaccia di rete (conforme CEI 11-20) contenente
le apparecchiature di comando, misura e controllo affinchè l’energia
trasferita alla rete abbia i necessari requisiti di qualità e
sicurezza
5. scheda di Interfaccia per connessione a PC
Il quadro di parallelo e di consegna è costituito da quadro
elettrico dove vengono effettuate le connessioni degli inverter al quadro
elettrico generale e alla rete, contenente tre interruttori magnetotermici
(uno per ciascun inverter), un contatore analogico dell'energia prodotta
e due scaricatori che connettono la fase e il neutro in uscita alla
rete di terra e proteggono il gruppo di conversione da eventuali sovratensioni
provenienti dalla rete.
Il quadro elettrico generale contenente l'interruttore magnetotermico
generale e il limitatore di potenza, è un quadro elettrico dove
vengono effettuate le connessioni della rete e del generatore fotovoltaico
ai quadri elettrici di settore (contenenti gli interruttori differenziali
per la protezione dell'utenza). A valle degli inverter il cablaggio
sarà eseguito in modo da limitare lo sbilanciamento delle fasi.
Il gruppo di conversione, il quadro di parallelo ed il quadro generale
saranno posizionati in apposito locale per dare la possibilità
agli utenti di controllare le prestazioni del sistema tramite il contatore
di energia.
Cavi, rete di terra e altri componenti
a) Cavi DC per la connessione Generatore-Gruppo di conversione : H07RNF
- 1x2,5 mm2 (cavi in rame flessibili per impianti fotovoltaici con isolamento
per esterni, da 1 filo, di 2,5 mm2 di sezione)
b) Cavi AC per la connessione Gruppo di conversione- Quadro generale-
Rete : NIVV K- 3x4 mm2 (cavi di rame con isolamento antifiamma, da 3
fili intrecciati, di 4 mm2 di sezione)
c) Protezioni per i cavi:
-TUBO CORRUGATO GOMMA da 20 mm di diametro (2 tubi da 30 m che portano
i 4 cavi H07RNFdi ciascuna coppia di stringhe, dal generatore FV all'inverter
corrispondente)
-TUBO CORRUGATO GOMMA da 16 mm di diametro (2 tubi da 15 m che portano
i due cavi NIVV K dal quadro di parallelo al contatore generale e i
due cavi NIVV K dal quadro di parallelo al contatore dell'energia immessa
in rete)
d) Quadro di parallelo: 2 interruttori magnetotermici (1 polo + N da
16 A), un contatore analogico di energia MAGRINI 1P-220V e due scaricatori
DEHUGUARD 275 V.
e) Rete di terra: la struttura dell'impianto viene connessa alla rete
di terra dell'edificio mediante una TONDINO ZINCATO da 8 mm di diametro
Componenti dell’impianto
Il generatore nel suo complesso è costituito da 128 moduli fotovoltaici
di cui 32 semitrasparenti con potenza di picco pari a 100W e 96 opachi
con potenza di picco pari a 70 W ciascuno, inclinati a 26° e orientati
a 16° Sud-Est. La potenza nominale complessiva del generatore sarà
quindi di 9.92 kW di picco.
I gruppi di conversione sono costituiti da:
- un set di connettoriil sistema di protezione lato continua (fusibili,diodi
di blocco, sistemi di protezione da sovraccarico, sezionatori di stringa
e protezione da sovratensioni);
- il convertitore statico c.c./a.c. monofase a 220 V.il dispositivo
di interfaccia di rete (conforme CEI 11-20) contenente le apparecchiature
di comando;
- misura e controllo affinché l’energia trasferita alla
rete abbia i necessari requisiti di qualità e sicurezza
- un interfaccia per collegamento a PC.
La connessione in parallelo dei gruppi di conversione relativi ai campi
C1 e C2 comporta l'introduzione di due interruttori magnetotermici bipolari
che consentono di sezionare singolarmente i due gruppi.
Il quadro elettrico d’interfaccia è stato progettato per
soddisfare le richieste della normativa CEI 11.20 e provvedere contemporaneamente
alla corretta connessione degli inverter e al monitoraggio delle prestazioni
del sistema. Esso contiene 3 interruttori magnetotermici bipolari (per
la connessione a stella degli inverter), Wattmetro e contatore di energia
digitale (per la misura della potenza in uscita da ciascun campo e della
potenza totale prodotta dal sistema trifase, e per la contabilizzazione
dell’energia prodotta), un contattore alimentato a 230 Volt c.a.
collegato a 3 relè comandati ognuno da una scheda di monitoraggio
di rete (interfaccia di rete), un magnetotermico tetrapolare (per il
sezionamento dell’impianto).
Il quadro di consegna contiene un interruttore magnetotermico tetrapolare
e quattro scaricatori che connettono le fasi e il neutro alla rete di
terra (per le protezioni dalle tensioni di rete).
Moduli fotovoltaici
Saranno utilizzate le due seguenti tipologie di moduli:
1) moduli in silicio policristallino, prodotti da EUROSOLARE, modello:
PL800, con marchio CE e dotati di diodi di bypass.
2) moduli in silicio monocristallino semitrasparente, prodotti da S.E.
Project, modello SEM100, con marchio CE, certificati TUV.
Gruppi di conversione campi A e B
I gruppi di conversione dei campi A e B sono costituiti dal modello:
SUNNY BOY 3000 (prodotto dalla SMA GmbH e distribuito dalla LEITNER)
contenente 2 set di connessione per stringa, modello: MULTICONTACT per
collegamento SWR, un convertitore statico c.c./a.c. monofase a 220 V
e 1 scheda di interfaccia per collegamento a PC, modello: RS 485 per
SUNNY BOY. L’inverter è a commutazione forzata, per connessione
in rete (conforme CEI 11-20) e contiene al suo interno tutte le protezioni
sia sul lato DC che su quello AC.
Gruppi di conversione campi C1 e C2
sono costituiti dal modello: Fronius SUNRISE MIDI completo di sezionatori
di stringa. L’inverter è a commutazione forzata, per connessione
in rete (conforme CEI 11-20) e contiene al suo interno tutte le protezioni
sia sul lato DC che su quello AC.
Quadro di parallelo dei campi C1 e C2
Prima delle connessione in parallelo saranno installati 2 interruttori
magnetotermici 2P-12A per il sezionamento di ciascuno dei campi C1 e
C2.
Quadro elettrico di interfaccia mod. 3F/GM
Il Quadro elettrico di interfaccia contiene i seguenti dispositivi:
- 3 interruttori magnetotermici 2P - 20 A;
- 1 Contatore trifase digitale EM2-DIN della Carlo Gavazzi Automation
Components: analizzatore di rete e contatore di energia per sistemi
trifase, modulare a microprocessore 32 bit, con tastiera di programmazione
integrata. E’ dotato di un display a LCD retroilluminato, esegue
le misure di tutti i parametri del sistema. La precisione della misura
è ± 0,5% del valore misurato (@25°C± 5°C;
U.R.< 60%). Per la misura delle correnti sono utilizzati trasformatori
di corrente a primario avvolto (TA) di tipo TDK 40/5 della Gavazzi SpA.
- 1 contattore alimentato a 230 Volt c.a. collegato a 3 relè
comandati ognuno da una scheda di monitoraggio della rete
- 3 schede di monitoraggio della rete.
il monitoraggio della rete deve essere effettuato su ogni fase in modo
indipendente e l’intervento delle protezioni di una singola scheda
determina l’intervento del relè di uscita che con l’apertura
del contatto, determina anche lo sgancio della bobina del contattore.
Quando i corretti parametri della rete elettrica saranno ripristinati,
con la stessa procedura verrà nuovamente alimentata la bobina
del contattore ed il sistema potrà riprendere nuovamente la produzione
di energia elettrica con conseguente immissione in rete.
Ogni scheda di monitoraggio della rete è provvista delle seguenti
protezioni (sulla tensione (V) e la frequenza (f) misurate sulla rete)
che sono considerati allarmi e determinano l’apertura del contattore
e la disconnessione dalla rete di tutti gli inverter:
- 184 Volt £ V Ž 276 Volt
- 49,7 Hz £ f Ž 276 V
in conformità alla norma CEI 11.20 ed alle prescrizioni dell’ENEL
per sistemi trifase.
Il settaggio di tali valori viene effettuato in fabbrica e non è
modificabile dall’operatore.
Ogni scheda di monitoraggio è dotata di isolamento galvanico
per garantire un'ulteriore sicurezza nella gestione del sistema.
Cavi, rete di terra e altri componenti
Ý Quadro di consegna: 1 interruttore magnetotermico 4P – 32A; 4
scaricatori DEHUGUARD 275 Volt;
Ý Cavi DC per la connessione Generatore-Gruppo di conversione: H07RN-F
- 1x6 mmq (cavi in rame flessibili con gomma sottoguaina in policloroprene
per impianti fotovoltaici, da unipolare (CEI 20-19), di 6 mm2 di sezione);
Ý Cavi AC per la connessione Gruppo di conversione- Quadro interfaccia
di rete: N1VV K- 3x4 mmq (cavi di rame con isolamento antifiamma, da
3 fili di 4 mm2 di sezione);
Ý Cavi AC per la connessione dall'interfaccia di rete al quadro di consegna:
N1 VV-K 4x4 mmq (cavi flessibili di rame isolati in PVC di qualità
R2, sottoguaina di PVC, antifiamma, (CEI-UNEL 35755,35756, 35757), tetrapolari
di 4 mm2 di sezione;
Ý Rete di terra: Gli involucri metallici dei gruppi di conversione e
le terminazioni degli scaricatori di sovratensione saranno connessi
alla rete di terra dell'utente con un cavo da 16 mmq.
Descrizione del funzionamento del sistema
Il sistema ha un funzionamento completamente automatico e non richiede
ausilio per il regolare esercizio: il circuito MPPT (inseguitore di
massima potenza) modifica la propria impedenza in funzione della curva
caratteristica del campo fotovoltaico, in modo tale da massimizzare
la potenza trasferita al carico. Ciò avviene ad intervalli regolari,
facendo ricorso a piccoli spostamenti del punto di lavoro.
Gli inverter sono a modulazione forzata con tecnica PWM.
Per quanto riguarda il campo fotovoltaico l’unico tipo d’intervento
richiesto periodicamente riguarda la pulizia dei moduli; a conclusione
dell’installazione sarà consegnato agli utenti un manuale
per l’uso e la manutenzione dell’impianto..
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