GUIDA AL FOTOVOLTAICO : componenti e installazione (parte 2/5)

Guida al fotovoltaico

Analizziamo i parametri funzionali ed elettrici dei moduli fotovoltaici per conoscerne a fondo i segreti ed il funzionamento alle varie condizioni ambientali. Studiamo ed approfondiamo inoltre le varie tecniche di installazione, prendendo in considerazione i vari componenti disponibili e valutando i pro e contro delle varie tecniche.

1.1.1       Parametri elettrici di un pannello fotovoltaico

Il primo passo per il corretto dimensionamento di un impianto fotovoltaico è la perfetta conoscenza e padronanza dei parametri elettrici del modulo fotovoltaico.

                 TABELLA 1 – Parametri elettrici del pannello

In tabella 1 è riportato il classico schema che è possibile trovare su qualunque data-sheet poiché generalmente questi fanno riferimento a diverse taglie di pannelli: in questo caso il pannello è disponibile in taglie che vanno dai 235Wp ai 255Wp. Generalmente la prima e l’ultima colonna, quindi il taglio minore e quello maggiore sono disponibili, presso il produttore, in quantità minori ed è quindi buona norma scegliere i tagli intermedi. Va notato che la potenza del modulo è legata ad una tolleranza in questo caso del +/-3% quindi le reali potenze di questi moduli potranno variare secondo quanto riportato in Tabella 2.

                                 TABELLA 2 – Potenza minima e massima

Tutti i valori riportati nei data-sheet di moduli fotovoltaici fanno riferimento a precise condizioni ambientali ossia: un irraggiamento pari a 1000W per mq, temperatura di 25°C e velocità del vento pari a 1,5 m/s.

I valore di corrente e tensione specificati in tabella sono quattro: Imp ed Isc per la corrente mentre Voc e Vmp per la tensione.

La Voc (tensione a vuoto) è la tensione che il pannello raggiunge quando non è soggetto a carico elettrico ed è molto importante tenerla in considerazione per evitare che gli inverter si danneggino quando non sono in funzione.

La Vmp è il valore della tensione sul punto di massima potenza.

La Isc è la corrente di cortocircuito del pannello.

La Imp è la corrente sul punto di massima potenza

 

Dato che la potenza è data dal prodotto tra tensione e corrente, moltiplicando la Imp per la Isc otterremo la potenza nominale del modulo fotovoltaico.

Pot. = Isc x Vmp

I parametri elettrici di un modulo fotovoltaico sono influenzati e variano a secondo della temperatura e queste variazioni sono determinate da tre parametri definiti coefficienti di temperatura.

Il primo è riferito alla Voc, è negativo, e può essere espresso in percentuale su °C oppure in millivolt su °C. Nella nostra scheda tecnica questo coefficiente vale -0.31%/°C e significa che nel caso del modulo da 255Wp la tensione Voc diminuisce, per ogni grado, di 0,116V.

La formula che regola questa relazione è la seguente:

Voc°C = Voc – (( 25 – Tamb) x CoeffVoc )

Dove:

Voc è il valore preso dalla scheda tecnica del pannello

25 è la temperatura di riferimento dei parametri del data-sheet

Tamb è la temperatura alla quale vogliamo calcolare la Voc

CoeffVoc è il coefficiente di tensione espresso in volt e negativo.

 

Lo stesso identico discorso vale per la Vmp. Naturalmente il coefficiente va ricalcolato in quanto questa volta è pari a -0.31% della Vmp (nel caso del pannello da 255Wp otteniamo -0,097V) e non più della Voc.

Anche la  corrente di corto circuito (Isc) e la corrente sul punto di massimo potenza (Imp) vengono influenzate dalla temperatura ma in maniera talmente minima che la maggior parte dei configuratori, realizzati dai produttori di inverter, non ne tengono conto.

Si tratta infatti di un coefficiente molto basso che nel nostro caso è pari allo 0.06% ed essendo positivo indica che all’aumentare della temperatura la corrente erogata dal pannello tende ad aumentare come visibile dal grafico e la relativa tabella. In pratica, ogni aumento pari ad un grado della temperatura del pannello corrisponde ad un aumento della corrente di corto circuito di 0,005A (5 µA) che possiamo quindi trascurare.

Da questi coefficienti è possibile capire come in realtà vada sfatato il mito per il quale l’impianto fotovoltaico rende al meglio in estate poiché la tensione del pannello decade in maniera significativa per ogni grado centigrado di aumento della sua temperatura mentre la corrente resta sostanzialmente invariata. Poiché la potenza è data dal prodotto tra  tensione e corrente è naturale che più la temperatura del pannello aumenta e più la sua potenza decresce. Per questo motivo le giornate più adatte ad ottenere elevate produzioni sono quelle invernali con condizioni di buon irraggiamento e bassa temperatura.

Per questo stesso motivo, inoltre, sono stati inventati sistemi di raffreddamento dei pannelli e moduli che prevedono serpentine per il riscaldamento dell’acqua prelevando il calore dal pannello stesso aumentandone l’efficienza ed ottenendo oltretutto acqua calda. (Questa tecnologia, inspiegabilmente,  non è certificata in Italia ma molto utilizzata in Germania).

1.2       Stringhe

Gli inverter fotovoltaici lavorano generalmente con tensioni molto più elevate di quelle generate da un singolo modulo fotovoltaico e per questo i pannelli vengono collegati in serie tra loro, formando quelle che sono definite “Stringhe Fotovoltaiche”.  Naturalmente i moduli utilizzati per la realizzazione delle stringhe devono essere omogenei, ossia con le medesime caratteristiche elettriche.

    

A seconda delle caratteristiche dell’ingresso Dc dell’inverter, le stringhe possono anche essere parallelate tra loro.

Anche in questo l’omogeneità è fondamentale, sia per tipo che per numero di pannelli. Il collegamento in parallelo delle stringhe viene generalmente effettuato in un apposito quadro Dc detto “Quadro parallelo stringhe” che viene collocato nei pressi dei pannelli e nel quale vengono inseriti anche i dispositivi di protezione. La scelta di porre questo quadro nei pressi dell’inverter è puramente economica in quanto permette di risparmiare cavo poiché dal quadro all’inverter le stringhe vengono parallelate e veicolate su un’unica coppia di cavi, anche se naturalmente, di sezione maggiore se necessario.

 

1.3       Installazione

Nella realizzazione di un impianto, il montaggio ricopre un ruolo chiave sia per la durata nel tempo dell’installazione sia per la sua resa. Rispettare alcune semplici regole durante l’installazione permette di guadagnare qualche decimo di punto percentuale nel rendimento e quindi massimizzare la resa economica.

Naturalmente l’installazione sarà legata fondamentalmente al tipo di tetto a disposizione, al tipo di incentivo che si desidera ottenere, a scelte estetiche ed al progetto sviluppato.

 

1.3.1       Tipi di installazione

Vi sono diversi tipi di installazione realizzabili che dipendono, come anticipato dal tipo di tetto ma anche da scelte estetiche, senza trascurare il fattore economico. Se con il terzo conto energia la realizzazione di un impianto totalmente integrato dava un vantaggio economico in termini di incentivo rispetto al parzialmente integrato, oggi non è più così. Quindi la decisione di realizzare un impianto totalmente integrato è legata solamente ad un fattore estetico. L’unico vantaggio economico con il nuovo conto energia è legato all’utilizzo di pannelli che soddisfano le caratteristiche di “innovazione tecnologica” del “Capitolo III”.

Si tratta di pannelli fotovoltaici con una particolare cornice, che fungono e sopperiscono alla copertura del tetto sostituendo le tegole.

Il principio di montaggio è simile alle tegole stesse e necessita generalmente di una intelaiatura in legno per l’installazione. In realtà analizzando questo tipo di installazione si potrà notare come ci sia ben poca innovazione tecnologica trattandosi solamente di pannelli che poggiano l’uno sull’altro proprio come delle tegole.

Le tecniche di installazione tradizionali vedono l’utilizzo di strutture più semplici che richiedono un intervento molto meno invasivo sul tetto e tempi di esecuzione molto più rapidi.

Tradizionalmente, su tetti a falda con tegole, siano esse coppi o portoghesi, si opta per quello che viene definito impianto parzialmente integrato. Si tratta di installare i moduli al di sopra del tetto lasciando inalterate (o quasi) le tegole esistenti e può essere realizzata tramite due tecniche. La prima prevede l’utilizzo di staffe mentre la seconda, molto più rapida nella realizzazione, prevede l’utilizzo dei cosiddetti “Vitoni”.

Per utilizzare le staffe, disponibili in vari modelli a seconda del tipo di tegola, c’è la necessità di rimuovere le tegole per accedere alla parte sottostante del tetto che generalmente è una soletta in cemento armato sulla quale sarà fissata la staffa con appositi tasselli. Una volta fissate le staffe, le tegole vengono ricollocate al loro posto apportando loro le opportune sagomature poiché non esistono purtroppo in commercio staffe adatte ad ogni tipo di tegola ed è naturale praticare sulle tegole opportune asole e intagli affinché possano tornare ad incastrarsi perfettamente le une con le altre.

Il “Vitone” (definito dalla K2-Systems “Set-premontato”) invece, è una particolare asta con due diverse filettature: nella parte bassa è presente una filettatura per il fissaggio in un “tassello chimico” mentre la parte superiore è filettata con passo metrico solitamente M10 o M12. Nella parte centrale è presente una guarnizione in EPDM, dall’inglese Ethylene-Propylene Diene Monomer, con una rondella ed un dado flangiato in acciaio inox. Nella parte superiore sono disposti due dadi  flangiati che bloccano la piastra di fissaggio. La parte terminale del vitone è sagomata per facilitarne il montaggio tramite una chiave esagonale.

Molti installatori ricorrono ai vitoni in quanto semplificano il lavoro non costringendo a rimuovere le tegole. Infatti per installare questo dispositivo viene praticato un unico foro partendo dalla tegola fino a giungere alla base del tetto, sia esso di legno che di cemento. Il vitone viene avvitato nel legno mentre se si tratta di una base in cemento viene utilizzante un tassello chimico.  Una volta in posizione viene garantita la tenuta sulla tegola tramite la guarnizione in EPDM che viene compressa dal dato flangiato. Grazie poi al sistema con il doppio dato viene regolata l’altezza della staffa sulla quale poggeranno le barre di supporto dei moduli fotovoltaici. Se necessario poiché troppo lunghi, i vitoni possono essere tagliati.

Questo sistema di fissaggio risulta essere quindi molto rapido e flessibile in quanto permette di livellare con grande precisione il piano dei moduli, cosa non semplice da fare quando si utilizzano staffe fisse.

Nel caso si voglia realizzare un impianto totalmente integrato, oppure si abbia un tetto a falda coperto in lamiera grecata, la soluzione migliore è l’utilizzo delle cosiddette barre piane. Queste si fissano direttamente sulla superficie eliminando la necessità di ricorrere a staffe di qualunque tipo. L’unica accortezza è quella di prevedere dei distanziatori nel caso la superficie si presenti piatta e uniforme, non permettendo all’acqua di defluire: per questo motivo è sempre preferibile inserire sotto questo tipo di installazioni, qualora non fosse presente, una lamiera grecata, anche molto leggera.

Quando il tetto non è a falda ma si presenta piatto si deve ricorrere ad apposite strutture per dare la necessaria angolazione ai moduli utilizzando strutture a “Triangoli”. Si tratta di veri e propri triangoli in alluminio sui quali fissare le barre di supporto ai moduli fotovoltaici. Questi triangoli non sempre vengono fissati al tetto  ma possono essere tenuti in posizione da zavorre in cemento. La loro inclinazione va definita generalmente in fase di ordine al distributore poiché poche aziende ne producono di regolabili: questo perché sono molto meno resistenti.

Lo stesso principio viene utilizzato per gli impianti a terra ma naturalmente con strutture di dimensioni maggiori e pali conficcati nel terreno per dare robustezza all’installazione.

Altra tipologia di installazione riguarda gli inseguitori solari, ossia strutture meccaniche che permettono ai pannelli fotovoltaici di ricevere sempre la maggior radiazione solare possibile.

Gli inseguitori possono essere mono o bi-assiali ossia possono avere la capacità di orientarsi su uno o due assi. I mono-assiali sono generalmente di piccola taglia per raccogliere pochi pannelli fotovoltaici mentre i bi-assiali permettono di installare grandi potenze su un’unica struttura (anche 10/15kW).

Entrambi i sistemi sono generalmente idraulici e controllati da una apposita centralina che in base alla data ed alla posizione dell’installazione, prevede un determinato arco solare da seguire.

Per l’installazione di un inseguitore è necessario realizzare un plinto di cemento armato che funga da fondamenta secondo le specifiche del produttore in quanto è necessario fissare adeguatamente la struttura in modo che resista al vento ed a eventuali carichi neve. Tutti gli inseguitori sono dotati di sistemi di sicurezza che pongono il piano dei moduli in posizione orizzontale in caso di vento forte o in caso di allarme.

 

Quello che hai appena letto è un Articolo Premium reso disponibile affinché potessi valutare la qualità dei nostri contenuti!

 

Gli Articoli Tecnici Premium sono infatti riservati agli abbonati e vengono raccolti mensilmente nella nostra rivista digitale EOS-Book in PDF, ePub e mobi.
volantino eos-book1
Vorresti accedere a tutti gli altri Articoli Premium e fare il download degli EOS-Book? Allora valuta la possibilità di sottoscrivere un abbonamento a partire da € 2,95!
Scopri di più

9 Comments

  1. delfino_curioso delfino_curioso 11 aprile 2013
  2. ferfabry76 11 aprile 2013
  3. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 11 aprile 2013
  4. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 11 aprile 2013
  5. ferfabry76 11 aprile 2013
  6. ferfabry76 11 aprile 2013
  7. Emanuele Emanuele 11 aprile 2013
  8. angelo63 14 aprile 2013
  9. Boris L. 28 aprile 2013

Leave a Reply