Appunti di Produzione dell' energia elettrica

La tesi si propone di fornire prescrizioni di riferimento per la connessione degli impianti fotovoltaici agli impianti elettrici in bassa tensione. Nel primo capitolo si analizzano le problematiche ed i concetti di base degli impianti fotovoltaici, partendo da una descrizione dello stato del mercato e della tecnologia registrati in questi ultimi anni a livello mondiale e a livello Italiano. Sono inoltre descritte le modalità di riduzione della radiazione solare nell'attraversamento dell’atmosfera, il principio di funzionamento del generatore fotovoltaico in base alla giunzione P-N e all'effetto fotovoltaico, le procedure di assemblaggio a partire della singola cella e la tipica costituzione di un modulo. È descritto come si compone il sistema di controllo e di condizionamento della potenza, il suo funzionamento e le tecniche principalmente usate. Si differenziano infine le tipologie di pannello fotovoltaico in base al rendimento, ai costi e ai vantaggi/svantaggi e i tipi di impianto fotovoltaico, definendo infine il limite tecnico della tecnologia fotovoltaica. Il secondo capitolo analizza l’energia prodotta dal sistema fotovoltaico in base al circuito elettrico equivalente, alle caratteristiche I-V e P-V del modulo e al circuito di connessione del sistema alla rete elettrica. Vengono descritti i fattori che maggiormente influenzano la produzione, quali l’angolo di inclinazione e di orientamento dei pannelli in base alla latitudine e alla declinazione. Infine si evidenziano gli effetti di un diverso irraggiamento e della variazione di temperatura (con il differente andamento della caratteristica) e l’ombreggiamento, ovvero i principali fattori che possono limitare la produzione di energia elettrica. Nella prima parte del terzo capitolo si distingue l’impianto fotovoltaico in base alle integrazioni architettoniche attuabili insieme alle principali configurazioni dell’impianto: impianto con singolo inverter, con inverter per ogni stringa e con inverter per più stringhe. Si elencano le principali caratteristiche per il dimensionamento dell'inverter e le sue condizioni di interfaccia con il campo fotovoltaico, in relazione ai due campi di funzionamento. La scelta dei cavi, fra solari e non solari, la loro sezione e portata concludono questo capitolo. Il quarto capitolo vede le regole tecniche di connessione alle reti di distribuzione di energia elettrica in bassa tensione: sono indicate le condizioni da rispettare affinché l’impianto fotovoltaico possa essere collegato alla rispettiva rete. Si descrive l’impianto per la connessione nelle sue parti, differenziando a seconda di Utenti Passivi o Attivi e lo schema di connessione alla rete con i suoi tre principali dispositivi. Infine si valuta l’energia prodotta e scambiata con la rete mediante il bilancio energetico del sistema. Nel quinto capitolo sono descritte la pericolosità di segnali elettrici esterni derivanti da possibili contatti diretti e indiretti, le condizioni in cui tali contatti possono avvenire e le modalità di protezione. Si distingue in particolare la protezione da contatti indiretti, mediante l’uso coordinato degli impianti di terra, a seconda degli impianti fotovoltaici con trasformatore o senza trasformatore. Il sesto capitolo tratta le origini e i criteri di protezione delle sovracorrenti e delle sovratensioni, distinguendo le prime in sovraccarico e cortocircuito e le seconde fra interne ed esterne. Per le sovracorrenti si considerano sia le protezioni lato corrente continua, con la protezione dei cavi e delle stringhe dall'inversione della corrente, sia corrente alternata. Si distinguono invece le sovratensioni fra fulminazioni dirette e indirette considerando il sistema di protezione da fulminazioni e il sistema scaricatore di sovratensione.