Conversione Fotovoltaica

Per le grosse potenze il trasformatore è fuori dal contenitore.

7.1. Configurazioni minime

Al limite potremmo pensare di usare queste configurazioni. L’impianto fotovoltaico è rappresentato dalla busta. Il

condensatore sta a rappresentare un bus DC con un condensatore interno all’inverter (elemento di stabilizzazione) e

poi c’è l’inverter che è collegato alla rete. L’inverter sarà monofase o trifase vengono scelti a seconda della potenza

dell’impianto. In Italia (ma in generale nel mondo) limitiamo l'utilizzo di un sistema di trasmissione dell'energia

monofase a potenze piccole perché se no introduciamo degli squilibri di distribuzione sulla rete che è trifase.

I singoli contratti devono essere tali da non creare degli squilibri. La normativa, che dipende dalla nazione, mettere

6 .

un limite in potenza per le utenze monofase Tra l’inverter e la rete c’è un elemento che è indicato con un

trasformatore. Non necessariamente c'è un trasformatore, ma ci deve essere un elemento reattivo, induttivo, di

disaccoppiamento tra l’inverter e la rete. Serve perché la forma d'onda delle tensioni dell’inverter e la forma d’onda

della tensione di rete (sinusoide) sono diverse.

L’inverter è a tensione impressa VSI, che viene modulata con la tecnica PWM, quindi ha degli impulsi positivi e

negativi e mediamente seguono una sinusoide. La fondamentale è preponderante e le successive armoniche sono a

frequenze molto alte quindi possono essere filtrate, ma per farlo servono degli elementi reattivi.

Non posso collegare direttamente una forma d’onda sinusoidale e una PWM. Succede che tutte le armoniche

dell’inverte che non sono la fondamentale trovano la fondamentale di rete, trovano un cortocircuito o un circuito a

bassissima impedenza, quindi dà luogo ad un grandissimo ripple di corrente con dei picchi altissimi. Deve essere

3)

presente un’induttanza (se trifase ne occorrono o un trasformatore che deve ridurre il ripple di corrente ad un

valore accettabile. Nel trasformatore dobbiamo considerare la reattanza di dispersione (non quella magnetizzante).

30

Questa configurazione è minima ma non esiste. Se avessi un sistema di accumulo con batterie elettrochimiche

(elemento giallo al centro) in questa configurazione avrai due problemi. Non so come regolare il punto di massima

potenza perché la tensione del campo fotovoltaico sarebbe fissata dalla tensione batteria. Il secondo è che non

riesco a gestire la carica della batteria, si carica con la corrente che pare a lei. Non riesco a gestirla quando è già

caricala, si creano sovracorrenti. Questa configurazione non va bene per i primi due elementi.

All’uscita andrebbe bene perché l’inverter si trova una tensione costante, molto gradita, e all’uscita dell’inverter ci

sarà sicuramente un carico e un elemento di collegamento che difficilmente è un vero trasformatore, perché i livelli

di tensione prodotti dall’inverter sono tipicamente gli stessi livelli di tensione che richiede il carico. Per gli impianti in

isola in generale viene prodotta a bassa tensione. Serve un filtro perché la forma d’onda che vuole il carico è

tipicamente sinusoidale. Quindi potrebbe anche bastare un induttore, ma solitamente si mette un filtro per

attenuare le oscillazioni della tensione. Le cadute di tensione su questi elementi devono essere piccole.

Questo filtro molto spesso è interato all’interno dell’inverter fotovoltaico stand-alone.

La differenza con un sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) è che il sistema fotovoltaico deve mantenere

cariche le batterie, mentre nel gruppo di continuità le batterie sono alimentate dalla rete.

7.2. Configurazione grid-connected

7.2.1. Choper dc-dc per l'inseguimento MPP

L'impianto grid-connected più completo è quello rappresentato da questo schema a blocchi. Rispetto a prima

abbiamo introdotto un chopper tra il campo fotovoltaico e l’inverter. Questa configurazione è la più flessibile, ma

non è necessariamente la configurazione più utilizzata. È la soluzione più completa perché il chopper ci disaccoppia

l'inseguitore di massima potenza con inverter. Noi inseguiamo la massima potenza dell'impianto fotovoltaico perché

vogliamo iniettare in rete tutto quello che abbiamo con le tecniche perturbe&obsorve. Il chopper se assorbe più o

meno potenza dall’impianto fotovoltaico lo fa funzionare in un punto piuttosto che in un altro, e la tensione cambia

− ,

di conseguenza. La tensione dell’impianto fotovoltaico sta sempre sulla caratteristica quindi se sposto la

corrente che assorbo con il chopper sposto il punto di funzionamento. Il duty cycle del chopper cambierà per far sì

che la potenza che viene tirata fuori dall'impianto fotovoltaico sia la potenza che serve per farlo funzionare nel punto

di massima potenza.

Quindi la tensione la possiamo pensare come fissata. Viene regolata in qualche modo la tensione di ingresso. La

relazione di legame tra la tensione di uscita e la tensione ingresso è la stessa dei chopper. Noi usiamo il chopper per

regolare la tensione di ingresso e non quella di uscita, semplicemente cambiamo la corrente che assorbe.

Il buck-coost (è una pippa) ha diverse configurazioni e quelle più elementari hanno la caratteristica di invertire la

tensione di uscita. Un'altra caratteristica non positiva è quella di avere una forma d’onda della corrente di ingresso e

di uscita entrambe di tipo PWM. Quindi richiederebbe l’introduzione di un filtro perché non possiamo assorbire

dall’impianto fotovoltaico un’onda con un ripple, perché ni vogliamo lavorare in un punto prefissato MPP.

Il buck dà continuità alla corrente con l’induttore di uscita, ma cel’ha in uscita, a noi serve in ingresso. Poi il buck

400 − 800 ,

abbassa la tensione, però sarebbe meglio alzarla la tensione. Il bus DC tipicamente è ci basta che

l’impianto fotovoltaico ci dia una tensione più piccola di quella che vogliamo. 31

La tensione massima che ci dà il campo fotovoltaico devo andare a vedere la tensione a vuoto in condizioni quando

0,5% °.

c’è freddo, perché la tensione aumenta dello per ogni

Ci vuole un boost, che tra l’altro ha l’induttore in ingresso che svolge già l’effetto di filtro per la forma d’onda della

corrente che diventa praticamente costante. Ha la funzione di boost e non c’è nessuna inversione di corrente. Sul

diodo arrivano degli impulsi ma non mi preoccupano perché poi c’è uno stadio con un condensatore che assorbe gli

= (1/1 − )

impulsi di corrente. Nel boost la tensione di uscita ma qui noi regoliamo la tensione di

ingresso, immaginiamo la tensione di uscita fissata.

(1

= − )

Fissata la cambiando il duty cycle possiamo cambiare la perché assorbiamo più o meno corrente su

.

quell’induttanza. Il grado di libertà che abbiamo a disposizione è il L’algoritmo di inseguimento del punto di

massima potenza basta che ci dica se la tensione deve aumentare o diminuire e queto lo traduciamo in un aumento

1 0.

o diminuzione del duty cycle. Il duty cycle non può essere maggiore di o minore di La tensione di uscita avrà un

4 5

valore minimo, e il valore massimo non supera il rapporto con la tensione di ingresso di o volte.

= 1000 800

Supponiamo di avere una tensione del bus DC di (solitamente è inferiore, al massimo perché

poi scattano livelli di regolamentazione diversi), il chopper funziona correttamente con un rapporto di

4 5, 200 ,

trasformazione di o quindi la tensione minima del campo fotovoltaico deve essere di la tensione

1000 .

massima è

In uscita dal chopper abbiamo degli impulsi di corrente che vengono attenuati in termini di tensione perché c’è il

condensatore. La tensione sul condensatore avrà un ripple tanto più piccolo quanto più grande è il condensatore.

7.2.2. Regolazione della tensione lato inverter

La tensione è regolata dall’inverter. Il chopper manda della corrente all’inverter, ma l’inverter deve prendere il

valor medio di questa corrente e mandarla in rete. La corrente che arriva la inietta in rete e regola la tensione

che regola la potenza. L’inverter fotovoltaico si limita ad erogare potenza in rete, più o meno a seconda di quanta

potenza gli arriva.

Nel nodo dal fotovoltaico alla rete c’è un minimo elemento di storage, il condensatore, che stabilizza la tensione. Il

regolatore di tensione in questo punto deve vedere la tensione del condensatore, se si alza vuol dire che sta

arrivando più potenza di quella che va, quindi gliene devo mandare di più.

Viceversa, se la tensione si abbassa vuol dire che sto mandando troppa potenza in rete rispetto a quella che ne

arriva, allora ne mando meno e la tensione si alza, è un bilancio. Questo bilancio può essere un bilancio di corrente:

abbiamo la corrente del fotovoltaico, che va in rete tramite l’inverter, e la corrente che va nel condensatore. Ogni

volta che le due coerenti non sono uguali la tensione del condensatore cambia perché sul condensatore ci va dalla

corrente solo quando la corrente del fotovoltaico o la corrente che va in rete tramite l'inverter sono diverse. Se i due

valori medi delle correnti sono uguali, il condensatore rimane a tensione costante, a parte il ripple.

È l'operazione che viene fatta in un filtro attivo, che è un inverter che ha sul bus DC un sono condensatore che

stabilizza il valore della tensione rispetto al ripple. L’obbiettivo dell’inverter è quello di mantenere questa tensione

costante, quindi non deve erogare potenze attiva. Un filtro attivo non deve erogare potenza attiva perché il

condensatore si scaricherebbe, e se assorbisse potenza attiva il condensatore si caricherebbe. Il filtro attivo non deve

erogare potenza attiva se non in un transitorio per mantenere la tensione costante. Erogo potenza attiva quando c’è

troppa tensione sul condensatore, assorbo potenza attiva quando ce n’è troppo poca.

Rispetto ad un filtro attivo ho un’alimentazione sul bus DC, un disturbo, una perturbazione, perché inietto potenza.

Posso leggere la tensione sul condensatore, oppure posso misurare questa corrente che arriva dal carico fotovoltaico

e fare una predizione (se arriva correte o potenza dal campo fotovoltai