INVERTER IMPIANTO FOTOVOLTAICO

Sezione tecnica: dimensionamento inverter fotovoltaici

Abbiamo già accennato che la conversione dell'energia solare in energia elettrica avviene nella cella fotovoltaica, che più celle fotovoltaiche sono collegate in stringhe di modulo all'interno dei pannelli fotovoltaici i quali, collegati in serie, formano le stringhe di campo.
Le stringhe di campo, collegate in parallelo, costituiscono il campo fotovoltaico.
Abbiamo inoltre accennato che la principale caratteristica degli impianti fotovoltaici è la sua resa energetica relativamente bassa, nei migliori casi attorno al 18-22%, ma c'è un'altra caratteristica importante degli impianti fotovoltaici, e cioè che la tensione di uscita è in corrente continua.
Analizzando i parametri tecnici di un modulo fotovoltaico, si scopre che le caratteristiche di tensione hanno i dati espressi in Vcc, che significa corrente continua.
Negli impianti fotovoltaici che installiamo utilizziamo spesso moduli fotovoltaici di origine italiana, più precisamente prodotti nella provincia di Bergamo o Verona, e la scheda tecnica caratteristica è la seguente.

Ebbene: per poter trasformare la corrente continua prodotta dai moduli fotovoltaici in corrente alternata per poterla utilizzare oppure vendere, è necessaria una apparecchiatura che si chiama inverter fotovoltaico le cui dimensioni e accessori sono riportati nella apposita sezione.

I principali inverter fotovoltaici vengono prodotti in Germania o negli Stati Uniti, ed hanno una tecnologia relativamente semplice.
In molti casi la produzione è delocalizzata in tutto il mondo, ed in modo particolare ABB o SMA, grosse aziende produttrici di inverter fotovoltaici, li producono rispettivamente in Italia e Germania.
Le funzioni principali degli inverter fotovoltaici sono due:
- trasformare l'energia fotovoltaica da corrente continua in corrente alternata;
- farlo nel modo più efficiente possibile.

Non stiamo ad addentrarci sul come viene effettuata la conversione fotovoltaica, ma ci vogliamo soffermare sulla seconda funzione ovvero la resa di trasformazione.
Ogni modulo fotovoltaico, infatti, ha una sua "curva caratteristica tensione-corrente", curva che riporta in ordinate la tensione ed in ascisse la corrente. Un esempio è mostrato nella figura sotto.

La curva caratteristica tensione-corrente presenta tre punti importanti:
- la Isc, ovvero la corrente di corto circuito, che è la massima corrente possibile e si trova nel punto in cui la curva incrocia con la barra delle ascisse;
- la Voc, ovvero la tensione a circuito aperto, che è la massima tensione possibile e si trova nel punto in cui la curva incrocia con la barra delle ordinate;
- il punto MPP ovvero il "ginocchio" della curva.
Il punto MPP, Maximum Power Point, rappresenta per gli inverter fotovoltaici un punto estremamente importante perchè è il punto in cui la produzione fotovoltaica è massima.
Come si vede la curva caratteristica varia molto in funzione sia dell'irraggiamento, diminuendo corrente al diminuire dello stesso, sia della temperatura della cella fotovoltaica, diminuendo tensione al diminuire della temperatura.
Il punto MPP quindi può variare molto e molto rapidamente in funzione dell'irraggiamento (pensiamo a quando si interpone una nuvola fra l'impianto fotovoltaico e la fonte solare) per cui una delle qualità importanti dell'inverter sta anche nella velocità di inseguimento del punto MPP.
Praticamente tutti gli inverter in commercio per la connessione in rete (Grid connected) hanno un MPPT, Maximum Power Point Tracking, che è il sistema elettronico di inseguimento del punto di MPP, ma esistono inverter fotovoltaici anche dotati anche di due, tre o addirittura un MPPT per ogni pannello montato sullo stesso.
Quest'ultimo è solo un applicazione per impianti fotovoltaici con esigenze particolari.

Per poter calcolare la potenza nominale di un singolo modulo si può semplicemente determinare, in funzione della curva caratteristica istantanea, moltiplicando la tensione per la corrente nel punto di MPP.
Facciamo un esempio: nel grafico riportato sopra la potenza istantanea del modulo in condizioni standard cioè con un irraggiamento di 1000W/m², sarà approssimativamente di 7,6A x 31Vcc, cioè di 236Wp.

Come si fa quindi a dimensionare un inverter fotovoltaico? Dimensionare un inverter fotovoltaico significa calcolare il numero massimo di moduli che possono essere collegati in serie in una stringa e calcolarsi il numero massimo di stringhe accettate.
Per poterlo fare è necessario calcolarsi la somma delle tensioni di tutti i moduli fotovoltaici di una singola stringa (e quindi messi in serie) nelle condizioni peggiori, ovvero quando la tensione sarà massima, ovvero ancora quando la temperatura è la più fredda nella giornata (solitamente da progetto a -10°C), e fare in modo che non superi la tensione massima accettata dall'inverter fotovoltaico.

Facciamo un esempio pratico.
Ipotizziamo di dover dimensionare un impianto composto da 12 moduli fotovoltaici collegati in serie come quello riportato nella scheda tecnica. La tensione massima (si deve considerare la tensione di circuito aperto Voc) sarà poco meno di 37.6Vcc x 12, ovvero 451Vcc, che va aumentata di una quota parte dovuto al fatto che un modulo aumenta di tensione in funzione dell'abbassamento di temperatura.
Quanto? Lo si trova sempre nella scheda tecnica: -0.34% per ogni grado di temperatura che si discosta dalle condizioni standard, ovvero 25°C, quindi va aumentato di 0.34 x 35 = 11.9%. La tensione massima diventerà circa di 504 Vcc, e bisogna verificare che esso non supera la tensione massima in ingresso accettabile dall'inverter fotovoltaico.
La maggior parte degli inverter fotovoltaici accetta tensioni in ingresso di 500-600 Vcc, quindi per il classico impianto fotovoltaico da 3kWp composto da 12 pannelli da 250Wp, non ci sono problemi, ma se si vogliono per esempio mettere in serie 14 o 15 pannelli fotovoltaici, bisogna scegliere inverter non convenzionali.
Ci sono chiaramente alcuni altri parametri tecnici da verificare per dimensionare un inverter fotovoltaico, ma spesso esistono dei kit fotovoltaici già dimensionati per la maggior parte dei casi.
Ma com'è fatto un pannello fotovoltaico e quanta energia può esprimere effettivamente un modulo fotovoltaico?
Oltre a moduli fotovoltaici ed inverter fotovoltaici, quali altri accessori sono necessari per la formazione di un impianto fotovoltaico?
Nei link che trovate qui sotto ci sono le risposte a tante di queste domande, ma se avete bisogno di informazioni ulteriori potete contattarci attraverso il nostro format.

Dimensionamento inverter per impianti fotovoltaici?