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Elettrotecnica

 

Guida alla realizzazione degli impianti fotovoltaici collegati alla rete

Mentre infuria la polemica sugli incentivi in conto energia, che si sono rivelati nel loro primo anno di vita, un sostanziale fallimento a causa di speculazioni ed eccessi burocratici, il CEI emette una nuova e completa guida al riguardo, la CEI 82-25 "Guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di Media e Bassa tensione". Non è nostra velleità quella di riassumere il corposo documento normativo, ma semplicemente di indicarne i passi principali e più significativi, seguendone la struttura logica.

Oggetto e scopo: la guida si pone come obiettivo quello di fornire i criteri per la progettazione, installazione e verifica dei soli sistemi fotovoltaici destinati ad essere collegati alla rete elettrica (gli unici ad essere incentivati).

Campo di applicazione: la norma si applica agli impianti fotovoltaici (solo quelli collegati alla rete, ma da ora in poi non lo ripeteremo più) di potenza complessiva superiore agli 0,75 kW.

Definizioni: una lunga serie di una cinquantina di definizioni, dalle quali estrapoliamo quella sulla Potenza prodotta da un impianto fotovoltaico, definita come la potenza (espressa in kW) misurata all'uscita dal gruppo di conversione della corrente continua in corrente alternata, resa disponibile alle utenze elettriche e/o immessa nella rete del distributore.

Criteri di progettazione: vengono i criteri di progettazione distinguendo fra tre tipi possibili di impianti:

  • Generatore fotovoltaico posto su una superficie inclinata;
  • Generatore fotovoltaico posto su una superficie orizzontale;
  • Generatore fotovoltaico posto su un piano ad inseguimento solare.
In ogni caso è fondamentale la disponibilità della fonte solare che va verificata utilizzando i dati presenti nella norma UNI 10349 "Riscaldamento e raffrescamento degli edifici - Dati climatici" (vedi tabella 1).

Tabella 1 – Radiazione solare sulla superficie orizzontale (kWh/m2 /giorno) in alcune città italiane (C.947)
Sito
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
Milano
1,44
2,25
3,78
4,81
5,67
6,28
6,31
5,36
3,97
2,67
1,64
1,19
Venezia
1,42
2,25
3,67
4,72
5,75
6,31
6,36
5,39
4,08
2,72
1,64
1,14
Bologna
1,50
2,28
3,81
4,81
5,86
6,42
6,47
5,47
4,19
2,81
1,72
1,25
Firenze
1,58
2,33
3,75
4,72
5,86
6,39
6,44
5,50
4,17
2,86
1,83
1,39
Roma
1,92
2,61
3,94
4,92
6,08
6,56
6,58
5,72
4,39
3,17
2,11
1,58
Napoli
1,92
2,67
3,92
5,03
6,08
6,64
6,58
5,81
4,50
3,28
2,17
1,69
Bari
1,86
2,58
3,97
5,08
6,08
6,69
6,64
5,81
4,53
3,25
2,08
1,69
Messina
2,11
2,94
4,19
5,19
6,22
6,69
6,67
5,89
4,64
3,53
2,36
1,94
Siracusa
2,36
3,22
4,33
5,39
6,36
6,78
6,75
6,00
4,81
3,69
2,58
2,17

La metodologia di progettazione prende poi in considerazione il guadagno energetico, il dimensionamento elettrico ed il dimensionamento meccanico. Una significativa parte della parte della guida dedicata ai criteri di progettazione, è poi dedicata alla scelta di un componente fondamentale dell'impianto: l'inverter, il quale oltre a soddisfare le direttive bassa tensione ed EMC (ricordiamo che i dispositivi a semiconduttore all'interno dell'inverter commutano a frequenze fino a 20 kHz producendo delle possibili interferenze sulle apparecchiature elettriche vicine), deve garantire una separazione metallica tra la parte in continua e la parte in alternata, anche al fine di non iniettare correnti continue sulla rete elettrica.
Il tipo di inverter va scelto in base alla potenza richiesta: trifase se la potenza da erogare supera i 6 kW, monofase in caso contrario, tenendo conto che il rapporto tra la potenza mandata sulla rete del distributore e la potenza del generatore fotovoltaico varia tra 0,75 e 0,90. La guida fornisce poi prescrizioni sui cavi di collegamento, sui dispositivi di sezionamento, di interruzione e di interruzione di emergenza.

Una consistente parte del documento normativo è poi dedicata alle protezioni: contatti diretti, contatti indiretti e sovratensioni. Tralasciamo la prima protezione, su cui c'è poco da segnalare, per concentrare la nostra attenzione sulle altre due. Per quanto riguarda la protezione contro i contatti indiretti, sul lato in corrente alternata, il sistema deve essere protetto da un dispositivo differenziale che impedisca l'insorgenza sulle masse di un potenziale pericoloso; debbono poi essere collegate a terra le masse di tutte le apparecchiature elettriche, le cornici metalliche dei moduli fotovoltaici dotati solo di isolamento principale e le strutture metalliche di supporto dei moduli fotovoltaici solo se presentano verso terra una resistenza inferiore ai 1000 ? (collegamento equipotenziale).
Per quanto riguarda la protezione da sovratensioni, occorre analizzare se la struttura di sostegno dei moduli fotovoltaici (normalmente montata sulla copertura dell'edificio) va ad alterare in maniera significativa l'esposizione alle fulminazioni dirette ed indirette. Sinteticamente si possono considerare i seguenti casi:
  • Struttura autoprotetta nella quale l'impianto fotovoltaico non altera la sagoma dell'edificio: non è necessaria alcuna precauzione specifica contro il rischio di fulminazione;
  • Struttura autoprotetta nella quale l'impianto fotovoltaico altera la sagoma dell'edificio. In conseguenza di ciò, l'edificio potrebbe non essere più autoprotetto: è necessario verificare la necessità di realizzare l'impianto LPS;
  • Struttura non autoprotetta e dotata di impianto LPS, nella quale l'impianto fotovoltaico non altera la sagoma dell'edificio, è racchiuso nel volume protetto e la distanza minima tra impianto fotovoltaico e impianto LPS è maggiore della distanza di sicurezza: non è necessario alcun provvedimento specifico e le strutture metalliche dell'impianto fotovoltaico non devono essere collegate all'LPS;
  • Struttura non autoprotetta e dotata di impianto LPS, nella quale l'impianto fotovoltaico non altera la sagoma dell'edificio, ma la distanza minima tra impianto fotovoltaico e impianto LPS è minore della distanza di sicurezza: è opportuno estendere l'impianto LPS e collegarvi le strutture metalliche esterne dell'impianto fotovoltaico;
  • Struttura non autoprotetta e dotata di impianto LPS, nella quale l'impianto fotovoltaico altera la sagoma dell'edificio, non è racchiuso nel volume protetto e la distanza minima tra impianto fotovoltaico e impianto LPS è maggiore della distanza di sicurezza: è necessario estendere l'impianto LPS e collegarvi le strutture metalliche esterne dell'impianto fotovoltaico;
Termina il capitolo dedicato alla progettazione, una dettagliata disamina sulle modalità di collegamento alla rete.


Documentazione di progetto: la documentazione allegata all'impianto dovrebbe, secondo la guida CEI 82-25, comprendere
  • la documentazione di progetto (preliminare, definitiva ed esecutiva);
  • la documentazione finale di progetto cioè il progetto effettivamente realizzato con le eventuali variazioni realizzate in corso d'opera;
  • la documentazione finale di impianto, costituita dalla dichiarazione di conformità alla regola dell'arte e dagli allegati obbligatori ai sensi della legge 46/90;
  • la scheda tecnica, al fine di riassumere le principali caratteristiche dell'impianto. La guida presenta il seguente esempio di scheda tecnica:

Installazione degli impianti fotovoltaici: qui la guida si sofferma sui soggetti abilitati all'installazione degli impianti fotovoltaici, individuandoli in coloro che sono in possesso dei requisiti previsti dalla legge 46/90: infatti gli impianti fotovoltaici ricadono nell'ambito di applicazione di tale legge potendosi riconoscere nella seguente definizione "impianti di produzione, di trasporto, di distribuzione, e di utilizzazione dell'energia elettrica all'interno degli edifici a partire dal punto di consegna dell'energia fornita dalla società distributrice". Va però ricordata l'eccezione delle installazioni completamente all'aperto, nel qual caso gli impianti fotovoltaici non sono soggetti alla legge 46/90.

Verifica tecnico funzionale: come sempre la verifica, necessaria allo scopo di assicurare il rispetto dei requisiti di sicurezza e di funzionalità previsti in fase di progetto, si traduce in due fasi, l'esame a vista e le prove strumentali. Tra le seconde vanno effettuate la prova di continuità elettrica e di connessioni tra i moduli, la prova di continuità dell'impianto di terra, la prova di isolamento dei circuiti elettrici dalle masse e la verifica del corretto funzionamento dell'impianto fotovoltaico nelle diverse condizioni di potenza generata e nelle varie modalità previste dal gruppo di condizionamento e controllo della potenza. Conclude il capitolo un paragrafo dedicato al collaudo dell'impianto, in quanto un certificato di collaudo viene esplicitamente richiesto per gli impianti realizzati nell'ambito del DM 28/07/05.

Procedure autorizzative: i permessi di carattere edilizio necessari per essere autorizzati alla realizzazione dell'impianto fotovoltaico, ai sensi della legge 46/90, vengono rilasciati solo se in possesso del progetto definitivo che deve essere depositato presso il Comune.

Allegato A: elenco di leggi, deliberazioni e norme per la progettazione elettrica di impianti fotovoltaici.

Allegato B: elenco di leggi, deliberazioni e norme per la progettazione meccanica di impianti fotovoltaici.

Allegato C: cenni sulla risorsa energetica fotovoltaica.

Dati generali Identificativo dell'impianto Nome identificativo
Soggetto responsabile dell'impianto fotovoltaico Nome
Ubicazione dell'impianto Via......Città
Latitudine 45° 28' N
Longitudine 8° 54'E
Altitudine 147 m s.l.m.
Inclinazione e orientazione piano moduli 15° Sud-Sud-Est (150°N)
Percentuale annua d'ombra sui moduli 0%
Radiazione solare annua sul piano orizzontale 1310 kWh/m2
Radiazione solare annua sul piano inclinato 1430 kWh/m2
Temperatura ambiente media mensile fra 1,7 e 25,1°C
Zona vento 1
Velocità giornaliera del vento (media annua) 1,1 m/sec
Direzione prevalente del vento (media annua) Sud Ovest
Generatore fotovoltaico Potenza nominale (1), Pn 19,8 kWp
Tensione alla massima potenza, Vm 374 V
Corrente alla massima potenza, Im 52,8 A
Tensione massima (circuito aperto), Voc 482 V
Corrente massima (cortocircuito), Isc 57,6 A
N. moduli totale/in serie 132/11
N. stringhe complessive 12
Moduli fotovoltaici (n. 132) Tipo Costruttore Tipo
Potenza nominale (2), Pn 150 Wp
Tensione alla massima potenza, Vm 34,0 V
Corrente alla massima potenza, Im 4,4 A
Tensione massima (circuito aperto), Voc 43,4 V
Corrente massima (cortocircuito), Isc 4,8 A
Tipo celle fotovoltaiche Silicio monocristallino
Rendimento minimo garantito (3) 11,4%
N. celle totale/in serie 72/72
Strutture di sostegno Materiale Profilati in acciaio inox e all.
Posizionamento A tetto
Integrazione architettonica dei moduli NO
Inverter (n. 6) Tipo Costruttore Tipo
Tecnologia (PWM/Tiristori/Altro) PWM
Potenza nominale in c.c., Pn 3200 W
Corrente nominale in c.c. 12 A
Tensione ammessa in c.c. 270 - 600 V
Potenza nominale in c.a., Pn 3000 W
Tensione nominale in c.a. 230 Vca monofase
Corrente nominale in c.a. 13 A
Corrente massima erogata in c.a. (contributo al cto) 15 A per circa 200 ms
Rendimento di picco 95% a 90% di Pn
Rendimento europeo 94%
Rendimento minimo garantito (4) 90%
Presenza trasformatore si, in uscita
Distorsione, THD lato c.a. < 4%
Fattore di potenza 1
Prestazioni energetiche Energia elettrica producibile (con radiazione solare pari a 1430 kWh/m2/anno su piano inclinato 15° sull'orizzonte) circa 20.900 kWh/anno
(1) Somma della potenza dei moduli fotovoltaici a STC (AM1,5, Irraggiamento sul piano dei moduli pari a 1000 W/m2, temperatura di cella fotocoltaica pari a 25°C)
(2) Caratteristiche a STC
(3) il rapporto fra la potenza nominale o di picco o di targa del modulo fotovoltaico tipo (espressa in kWp) e l'area del modulo, compresa la cornice (espressa in m2)
(4) il rapporto fra la potenza Pca in uscita e la potenza Pcc in ingresso dell'apparato di conversione, con Pca>30% della potenza nominale in uscita

Esempio di scheda tecnica che riassume le principali caratteristiche tecniche di un impianto fotovoltaico
(CEI 82-25)