Schema impianto fotovoltaico: guida alla progettazione

Lo schema dell’impianto fotovoltaico è il modello fondamentale per installare un sistema efficiente. Scopri tutto ciò che serve per progettarlo senza problemi

La realizzazione dello schema di impianto fotovoltaico rappresenta una fase cruciale nell’attività di progettazione.

È importante dimensionare adeguatamente tutti gli elementi, in quanto ciò incide sulla produttività e sul rendimento dell’impianto. Per assicurarti di avere il controllo di tutte le variabili in gioco, ti suggerisco di affidarti ad un software fotovoltaico, che ti assisterà in tutte le fasi di progettazione e ti garantirà le migliori prestazioni dell’impianto.

Cos’è lo schema di impianto fotovoltaico?

Lo schema dell’impianto fotovoltaico rappresenta come l’impianto solare dovrà essere installato al fine di aumentare la sua efficienza e massimizzare la sua produttività energetica.

Il corretto schema di un impianto fotovoltaico deve prevedere la possibilità di auto consumare l’energia prodotta sul momento e di immettere in rete (meccanismo di scambio sul posto) o in accumulatori (specifiche batterie) l’energia non autoconsumata, per renderla disponibile, anche quando l’impianto non è funzionante, ad esempio nelle ore notturne.

Per una corretta funzionalità dello schema fotovoltaico basato sul meccanismo dello scambio sul posto sono necessarie tre precise misurazioni:

• la quantità totale di energia prodotta dall’impianto;
• la quantità totale di energia immessa in rete;
• la quantità totale di energia prelevata dalla rete.

Schema di impianto fotovoltaico: componenti

Un impianto fotovoltaico è caratterizzato da alcuni elementi fondamentali:

• generatore fotovoltaico;
• inverter;
• quadro di campo;
• interfaccia.

Generatore fotovoltaico

Il generatore fotovoltaico è l’insieme dei pannelli solari ed è l’elemento che permette di convertire l’energia solare in energia elettrica.

È costituito da piccole lastre di materiale semiconduttore – le celle fotovoltaiche – che vengono connesse tra loro e incapsulate per formare un elemento più grande, il modulo.

Un insieme di moduli viene assemblato su una struttura di sostegno, a formare il pannello fotovoltaico.

I pannelli vengono a loro volta collegati, in serie o in parallelo, per formare una stringa.

Inverter

L’inverter è il convertitore elettrostatico che si inserisce nell’apparato fotovoltaico per trasformare la corrente da continua in alternata.

All’interno dell’inverter si trovano vari dispositivi, come i trasformatori, utilizzati per separare il generatore fotovoltaico dai componenti a valle dell’inverter, ad esempio l’impianto domestico.

Un inverter si sceglie in base alla geometria dei pannelli che andranno a produrre energia elettrica in termini di potenza e di configurazioni.

In un impianto fotovoltaico, un inverter può lavorare per conversione centralizzata o in maniera di conversione di stringa. Nel primo caso si lavora con un solo dispositivo, mentre, nel secondo, si utilizzano più inverter.

La scelta delle caratteristiche e del dimensionamento dell’inverter è fondamentale per la performance dell’impianto. Nella composizione dello schema elettrico fotovoltaico, ti consiglio di provare gratuitamente un software fotovoltaico capace di attivare, dimensionare e configurare l’inverter e tutti gli altri dispositivi dell’impianto solare.

Quadro di campo

Il quadro di campo mette in connessione l’inverter e le diverse stringhe, le quali devono avere le stesse caratteristiche e gli stessi valori estremi di funzionamento.

Si ottengono così più stringhe in cablaggio che trasporteranno solo due elettrodi (positivi o negativi) a due cavi, i quali si collegano ad un solo inverter.

Il quadro di campo si compone di:

• cavi provenienti dalle stringhe;
• sezionatori di stringa;
• i diodi di blocco;
• dispositivi di protezione dalle sovratensioni;
• sezionatore.

Vanno inoltre inseriti dei gommini pressacavo per l’entrata e l’uscita dei cavi dal quadro e predisposto un cavo per la protezione contro le scariche atmosferiche opportunamente collegato a terra.

Il quadro presenta inoltre 3 sezionatori di manovra (sezionatori a fusibile):

• i primi due sezionatori aprono in ingresso la tensione dal campo fotovoltaico;
• l’ultimo apre l’uscita del campo fotovoltaico all’inverter.

Nell’immagine successiva si ha lo schema più generico di un campo fotovoltaico con le stringhe messe in parallelo nel quadro di campo.

In questo quadro, avendo le stringhe in parallelo, la tensione rimane costante, mentre si somma l’intensità elettrica di ciascuna stringa. Questi due capi andranno all’inverter, il quale prenderà la corrente continua e la trasformerà in corrente alternata.

Ancora una volta, il software fotovoltaico ti consentirà di disegnare in automatico lo schema elettrico unifilare dell’impianto e di personalizzarlo con l’aggiunta di quadri elettrici, protezioni elettriche in uscita, etc.

Interfaccia

Il dispositivo di interfaccia è un sistema di protezione che serve ad evitare lo scambio di energia prodotta tra i pannelli e la rete elettrica nel caso cui i parametri della rete elettrica esterna non rispettino gli standard.

Più precisamente, il dispositivo misura la tensione elettrica: in assenza di tensione, ad esempio, avverte che la rete non sta funzionando ed interviene staccando il contatto tra il generatore fotovoltaico e tutti i dispositivi collegati alla rete elettrica.

Tipi di schema di impianto fotovoltaico

Esistono due principali tipi di impianto fotovoltaico:

• impianto grid-connected
• impianto stand alone.

La tipologia grid connected fa riferimento agli impianti connessi alla rete elettrica nazionale, ossia sistemi che consentono di scaricare l’energia prodotta direttamente dalla rete ed utilizzarla nel momento in cui se ne ha bisogno.

Gli impianti stand alone invece sono gli impianti che non sono connessi alla rete elettrica, ma dispongono di un accumulatore in grado di preservare l’energia prodotta in eccesso e consumarla anche nel momento in cui non si ha radiazione solare. Questi sistemi di accumulo sono costituiti da specifiche batterie.

Un impianto stand alone ha un ulteriore dispositivo, il regolatore di carica, che controlla il processo di carica o di scarica, per salvaguardare la vita di una batteria durante le varie fasi.

Oggi il mercato fotovoltaico offre anche ulteriori modelli, come l’impianto con sistema di accumulo (storage) connesso alla rete elettrica.

In questi casi, l’utilizzo di un software fotovoltaico ti consentirà di attivare, dimensionare e configurare il sistema di accumulo definendo il tipo di batteria e contatore.

Esempio di schema di impianto fotovoltaico

L’immagine rappresenta l’intero processo di produzione di energia elettrica generata a partire da un impianto fotovoltaico.

Le radiazioni solari raggiungono i pannelli solari, o meglio, il generatore fotovoltaico e, successivamente, l’inverter trasforma l’energia continua in alternata.

A questo punto, l’energia prodotta può essere sfruttata in diverse modalità:

1. l’utenza utilizza l’energia nel momento di produzione;
2. la corrente viene accumulata nella batteria, per poi essere prelevata nei periodi di mancata produzione;
3. caricata la batteria, l’energia viene immessa in rete per poi essere utilizzata quando la batteria si è svuotata.

Questo specifico modello è un impianto fotovoltaico con sistema di accumulo (storage) connesso alla rete elettrica. Si hanno, dunque, due contatori:

• contatore di produzione;
• contatore di scambio.

In questo processo, è fondamentale che tutti i componenti dello schema di impianto lavorino correttamente e in maniera efficiente. Se c’è interferenza anche su un solo modulo, al suo interno si verifica un passaggio di corrente inversa, responsabile dell’effetto hot-spot che può provocare un danno per il relativo surriscaldamento.

Dunque, per non rischiare di avere problemi di funzionamento che comprometterebbero l’efficacia dell’impianto stesso e provocherebbero il danneggiamento dei suoi elementi, ti suggerisco di affidarti a un software fotovoltaico che mediante una diagnostica operativa ti segnala eventuali anomalie ed errori di progettazione e ti verifica le prescrizioni. Inoltre, usufruendo del software potrai disegnare e completare la composizione automatica dello schema elettrico dell’impianto fotovoltaico.