Impianti fotovoltaici in rete Residenziali
e Commerciali in Europa,
SolarEdge vs Concorrenza
Lior Handelsman, Shalhevet Bar-Asher
SolarEdge
Premessa
L'attuale struttura degli impianti fotovoltaici
Gli impianti fotovoltaici residenziali e commerciali
attualmente sul mercato sono caratterizzati
da numerosi problemi che impediscono loro
di realizzare il proprio massimo potenziale, e
presentano ostacoli per l'ulteriore diffusione sul
mercato. Molti di questi problemi sono il risultato
di perdite di potenza, limiti e restrizioni alla
progettazione dell'impianto, e della mancanza
di strumenti di monitoraggio ed analisi. Inoltre,
la mancanza di caratteristiche di sicurezza può
rappresentare un rischio sia per gli installatori che
per gli addetti alla manutenzione, oltre che per i
vigili del fuoco chiamati ad affrontare un incendio
nelle vicinanze degli impianti fotovoltaici1.
Gli impianti fotovoltaici residenziali e commerciali
attuali sono di norma costituiti da un minimo di
dieci fino ad alcune centinaia di moduli fotovoltaici
collegati in serie parallele. Diversi moduli
(solitamente dai 10 ai 15) sono collegati in serie, a
formare una stringa, per raggiungere una tensione
sufficientemente alta da consentire una efficiente
conversione di corrente CC/CA. Questa tensione è
solitamente compresa tra i 150V e i 900V - mentre
600V rappresenta il limite massimo usuale per la
tensione delle stringhe sulla base delle attrezzature
attualmente disponibili. E' possibile aumentare
la potenza dell'impianto aggiungendo ulteriori
stringhe in parallelo. Uno schema riassuntivo di un
simile impianto è indicato nella Figura 1.
Il sistema di raccolta dell'energia distribuita
di SolarEdge Technologies rappresenta l'unica
architettura che offre una soluzione a tali problemi
completa, solida ed efficace in termini di costo.
Dato che le stringhe sono collegate in parallelo,
ogni stringa deve avere la medesima tensione al
fine di poter produrre energia in maniera efficiente.
Di norma ciò comporta l'esatto appaiamento dei
moduli per marca e modello, lunghezza della stringa
e condizioni di ombreggiatura, per citare solo alcuni
parametri. L'intero gruppo viene quindi collegato ad
un inverter solare che è responsabile della raccolta
della energia elettrica e della sua conversione in
corrente alternata, così da poter essere introdotta
nella rete. Se un gruppo consiste di due stringhe
con caratteristiche di tensione operativa differenti
(es. modello del modulo o suo orientamento),
saranno necessari due inverter.
Questo documento presenta i vantaggi offerti dal
sistema SolarEdge Technologies nell'affrontare
i vari problemi descritti, in confronto ai sistemi
concorrenti, sia per quanto riguarda le configurazioni
residenziali che per quelle commerciali.
1
Il buon funzionamento dei componenti di Equilibrio
dell'Impianto, e tra questi l'inverter, è della
massima importanza per il rendimento complessivo
e la longevità di un impianto fotovoltaico2.
L'approccio SolarEdge per una architettura
distribuita contribuisce a migliorare il rendimento
dell'impianto. Inoltre, la qualità dell'installazione è
di vitale importanza per il rendimento dell'impianto.
Come verrà dimostrato nel prosieguo di questo
documento, i sistemi SolarEdge consentono una
installazione semplificata, ponendo così minori
complicazioni ed errori potenziali. Le sezioni
seguenti mostreranno come la soluzione SolarEdge
conduce ad una più elevata efficienza dell'impianto
ed a sostanziali risparmi sui costi rispetto alle
soluzioni offerte dalla concorrenza, sia per quanto
riguarda i siti residenziali (case e fattorie) che quelli
commerciali.
panello
Inverter
Stringa
~
Figura 1 - impianto fotovoltaico a stringhe multiple
Il collegamento in serie di ciascuna stringa pone
inoltre problemi che riducono la potenza massima
disponibile per la conversione. Ciò nasce dal fatto
che il medesimo ammontare di corrente fluisce
attraverso tutti i moduli di ciascuna stringa,
impedendo la massimizzazione della potenza dei
singoli moduli.
La differenza di SolarEdge
Con l'introduzione di una architettura di raccolta
dell'energia distribuita, il sistema SolarEdge supera
le limitazioni presenti negli impianti fotovoltaici
attuali. Anziché utilizzare un dispositivo unico per
la raccolta di energia - un inverter - per l'intero
gruppo, SolarEdge suddivide le funzioni di raccolta
dell'energia tra due dispositivi:
Unità di Aggancio del Punto di Massima Potenza
(MPPT) integrate a livello di modulo. Queste unità
ottimizzano la produzione di energia di ciascun
modulo.
Inverter centrale: L'inverter SolarEdge gestisce
solo la conversione da corrente continua in
corrente alternata - non gli schemi MPPT ad elevata
potenza. Inoltre, dato che questa conversione viene
gestita ad una tensione di corrente continua fissa,
l'inverter può essere un dispositivo più semplice ed
economico.
2
Esempio di un impianto residenziale - casa in
GroßStove, Germania
Metteremo a confronto tre diverse impostazioni che
possono essere applicate a questo tetto. La prima,
si basa sugli inverter tradizionali di un concorrente,
omettendo i moduli soggetti ad ombreggiamento
(Ombreggiamento Ignorato), la seconda si basa sui
medesimi inverter della concorrenza, ma il tetto
viene coperto completamente, e la terza si basa
sull'utilizzo del sistema SolarEdge.
L'inverter utilizzato nei primi due casi è quello di
uno dei maggiori produttori di inverter tradizionali.
Quest'ultimo modello è stato lanciato nel 2010, ed
è dotato di "agganci" multipli al punto di massima
potenza (MPPT). I suoi parametri solo elencati nella
Tabella 1:
In questo caso, abbiamo un tetto in Germania
che è adatto all'installazione di un impianto
fotovoltaico. Andiamo ad analizzare come l'utilizzo
di diversi approcci alla progettazione influisce sulla
configurazione dell'impianto e sulla produzione di
energia del sito e sulle relative esigenze di cablaggio.
Descrizione del sito: la casa viene mostrata nella
Figura 2. Lo schema del tetto viene mostrato nella
Figura 3. Il tetto ha una altezza di 9 metri ed una
larghezza di 21 metri, e sono presenti diversi
comignoli, tubature e finestre che creano ombra e
pongono delle difficoltà di progettazione.
Tensione minima dell'inverter
Tensione massima dell'inverter
150 V
1.000 V
Tabella 1 - parametri dell'inverter
In tutti e tre i casi si tratta di moduli ampiamente
utilizzati i cui parametri sono elencati nella Tabella
2. Tutti i parametri presuppongono una tensione di
rete a 240V.
Dimensioni fisiche
Potenza
Vmpp (@ STC)
Voc (@ STC)
Figura 2 - foto della casa in Germania
β = Coefficiente di deriva termica di
160*100 cm
230 W
28,8 V
36,4 V
-0.33 %/°C
tensione
Tabella 2 - parametri del modulo
Sulla base dei parametri indicati nelle Tabelle 1 e 2,
è possibile calcolare il numero massimo e minimo
di moduli per stringa possibile per gli inverter della
concorrenza, sulla base dei seguenti calcoli:
1. Voc’ (Voc effettivo con temperatura ridotta) =
Voc * (1 + β * [temperatura minima ambientale
- STC temp]) = 40,6 V (presupponendo una
temperatura minima ambientale di -10°C).
2. Vmpp’ (Vmpp effettivo con temperatura ridotta) =
Vmpp * (1 + β * [temperatura massima ambientale
- STC temp]) = 24,5 V (presupponendo una
temperatura massima ambientale di 70°C).
3. Numero massimo di moduli per stringa =
tensione massima dell'inverter / Voc'.
4. Numero minimo di moduli per stringa = tensione
minima dell'inverter/Vmpp'. Le dimensioni
finali della stringa solo elencate nella Tabella 3.
Figura 3 - schema del tetto in Germania
Utilizzando moduli comuni da 1,6x1m, il tetto è in
grado di accogliere un massimo di 128 moduli. Di
questi moduli, 26 sono soggetti ad ombreggiamento
parziale a causa degli ostacoli situati sul tetto. Uno
schema del tetto che mostra il posizionamento
dei moduli è indicato dalla Figura 4. I moduli
parzialmente in ombra sono indicati con una linea
rossa.
Numero minimo di moduli per stringa
Numero massimo di moduli per stringa
Tabella 3 - limiti di dimensione della stringa
Figura 4 - schema del tetto con i moduli
3
7
24
La tecnologia SolarEdge consente un numero molto
maggiore di moduli (da 10 a 42) per stringa per i tipi
selezionati di moduli, quando collegati ad un inverter
trifase.
Utilizzando i summenzionati limiti di dimensione
della stringa, abbiamo raggruppato i moduli in
stringhe così come esposto nelle Figure 5-7. Queste
figure mostrano inoltre, in maniera schematica, le
esigenze di cablaggio di ciascuna configurazione.
Notare che le linee rappresentano collegamenti
logici, e non indicano l'effettivo posizionamento
dei cavi. Le linee rosse e nere segnano tutti i
collegamenti all'inverter della stringa; quelle rosse
rappresentano i collegamenti positivi, mentre quelle
nere i collegamenti negativi. I cavi da modulo a
modulo non sono indicati, ma rappresentati dal
numero del modulo (ad esempio, nella stringa A, il
modulo A1 è collegato al Modulo A2 che è collegato
al Modulo A3, e così via). I cerchi grigi rappresentano
il condotto di entrata dei cavi nella casa. Tutti i
moduli che appartengono alla medesima stringa
hanno lo stesso colore, e tutte le stringhe collegate
al medesimo inverter sono colorate di sfumature
diverse dello stesso colore (ad esempio, blu chiaro
e blu scuro).
Il caso di Ombreggiamento Ignorato presuppone
che i moduli vengano installati solamente dove
questi non saranno soggetti ad ombreggiamento
parziale. I moduli grigi rappresentano le posizioni
che rimangono prive di moduli. Questa impostazione
utilizza due inverter da 12kW. Tre stringhe da 17
moduli sono collegate a ciascun inverter.
A5 A6 A7
B6 B7 B8 B9
A4 A9 A8
B5 B10 C4
A3 A10 A11 A12
A13
C9 C10 D5 D6
E5
C8 C11 D4
B4 B12 B11 C3 C5
C6
C7 C12 D3 D7
Figura 6 - Impostazione con il sistema di Tetto completo
Il caso SolarEdge utilizza tre inverter da 10kW.
Due stringhe singole da 42 moduli sono collegate
ad un inverter ciascuna, mentre il terzo inverter è
collegato a due stringhe da 22 moduli.
A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 B11 B12 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14
A4 A19 A18
A3 A20 A17 A16
A15
A14 B8 B9 B14 C3
C34 C33 C26
C40
D4
C35 C32 C27 C25
C20
D31 D30 D23 D22 D15
C14 C15 D3 D38
D37 D32 D29 D24 D21 D16
A2 A21 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B17 B15 C2 C41 C39 C36 C31 C28 C24 C21 C19 C17 C16 D2 D39 D40 D36 D33 D28 D25 D20 D17
A1 A22 B1 B22 B21 B20 B19 B18
B16 C1 C42 C38 C37 C30 C29 C23 C22
C18
D1 D42 D41 D35 F34 F27 F26 F19 F18
Figura 7 - Impostazione con il sistema SolarEdge
Dato che l'ombreggiamento parziale in questo
sito è considerevole, abbiamo calcolato l'energia
prodotta in ciascun caso, tenendo conto delle
mutate condizioni di ombreggiamento nel corso
della giornata. Abbiamo altresì calcolato le esigenze
di cavi per ciascun caso. I risultati di questi calcoli
sono esposti nella Tabella 4:
Potenza
installata
Energia
annua3
Costo
BoS
Progetto
tradizionale,
ombreggiamento
ignorato
23,46 kW
79.7%
28,15 kWh
86.3%
3 invertitori
Cablaggio:
100m
Progetto
tradizionale, tetto
completo
29,44 kW
100%
32,61 kWh
100%
Progetto SolarEdge
29,44 kW
100%
Soluzione
E6 E7 E8 E9 F9
E12 E10 F8 F10
D8
A13 B10 B13
D9 D10 E4 E3
E15 E14 E13 E11 F7 F11
3 invertitori
Cablaggio:
76m
3 invertitori
34,55 kWh
Cablaggio:
106.6%
62m
A2 A16 A15 A14 B2 B3 B13
C2 C16 C15 C13 D2 D15 D14
D11
E2 E16 F2 F3 F4 F5 F6 F12
Tabella 4 - produzione di energia e requisiti di cablaggio
A1 A17 B1 B17 B16 B15 B14
C1 C17 C14 D1 D17 D16 D13
D12
E1 E17 F1 F17 F16 F15 F14 F13
I progetti che utilizzano i maggiori invertitori
tradizionali
ottengono
due
ammontari
di
energia prodotta molto differenti, a seconda del
trattamento dei moduli parzialmente in ombra
e, successivamente, dell'impatto della loro
performance su rendimento dell'intero impianto.
Ma l'impianto SolarEdge produce più energia
anche rispetto al migliore esempio tra quelli della
concorrenza, che si avvalgono di multipli inverter
MPPT. Il vantaggio offerto da SolarEdge è il 6-7%
di energia in più. Contemporaneamente il sistema
SolarEdge richiede il 20% di cavi in meno, con
conseguente minor manodopera.
Figura 5 - Impostazione con il sistema di Ombreggiamento
Ignorato
Il caso di Tetto Completo utilizza tre inverter da
10kW. Due stringhe da 21/22 moduli sono collegate
a ciascun inverter.
A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 B11 B12 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 F10 F11 F12
A4 A19 A18
A3 A20 A17 A16
A13 B10 B13
A15
A14 B8 B9 B14 C3
C18 C17 C16
C19
D4 D5 D8 C15
E4
C14
E16 E15 E12 F9 F13
D13 D14 E3 E19
E18 E17 E14 E13 F8 F14
A2 A21 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B17 B15 C2 C20 D2 D3 D6 D7 D9 D10 D11 D12 D15 E2 E20 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F15
A1 A22 B1 B22 B21 B20 B19 B18
B16 C1 C21 D1 D21 D20 D19 D18 D17
D16
E1 E21 F1 F21 F20 F19 F18 F17 F16
4
Esempio di impianto residenziale - fattoria in
Germania
In questo caso, abbiamo una comune fattoria con
un impianto installato. Utilizzeremo lo schema
dei moduli dell'impianto mostrato qui sotto, ed
analizzeremo come l'utilizzo di inverter diversi
impatta sullo schema dell'impianto e quindi sui
costi, cavi e manodopera richiesti.
Tensione
minima
dell'inverter
Tensione
massima
dell'inverter
Descrizione del sito: la fattoria, con il suo impianto
installato composto da 40 moduli, è mostrata nella
Figura 8.
Lo schema del tetto viene mostrato nella Figura 9.
Le dimensioni del tetto sono pari a 6,8m di altezza
e 8,6m di larghezza.
Società
concorrente
A
Società
concorrente
B, tipo
inverter 1
Società
concorrente
B, tipo
inverter 2
230 V
224 V
125 V
600 V
600 V
550 V
I moduli utilizzati sono ampiamente diffusi ed i
loro parametri sono elencati nella Tabella 6. Tutti i
parametri presuppongono una tensione di rete a
240V.
Dimensioni fisiche
Potenza
Vmpp (@ STC)
Voc (@ STC)
160*80 cm
175 W
35,9 V
44,3 V
β = Coefficiente di deriva termica di -0,38%/°C
tensione
Tabella 6 - parametri del modulo
Sulla base dei parametri indicati nelle tabelle 5 e
6, i seguenti valori sono stati calcolati secondo le
indicazioni fornite nella sezione precedente:
1.Voc’ (Voc effettivo con temperatura ridotta)
= 51,03 V
2.Vmpp’ (Vmpp effettivo con temperatura ridotta)
= 34,53 V
3.Numero massimo di moduli per stringa =
tensione massima dell'inverter / Voc'
4. Numero minimo di moduli per stringa = tensione
minima dell'inverter / Vmpp'
Le cifre finali ottenute sono elencate nella Tabella 7.
Figura 8 - foto dell'installazione presso la fattoria in Germania
Figura 9 - schema dell'installazione presso la fattoria in Germania
Metteremo a confronto tre sistemi con lo schema
esistente dei moduli, due dei quali utilizzano inverter
della concorrenza ed uno il sistema SolarEdge.
Come nel caso precedente, è necessario calcolare
le lunghezze delle stringhe al fine di progettare
l'architettura di sistema, e queste dipendono dai
parametri dell'inverter e del modulo.
Sono stati selezionati due inverter di uno tra i
maggiori produttori. I loro parametri solo elencati
nella Tabella 5:
Numero
minimo di
moduli per
stringa
Numero
massimo di
moduli per
stringa
Società
concorrente
A
Società
concorrente
B, tipo
inverter 1
Società
concorrente
B, tipo
inverter 2
7
7
4
11
11
10
Tabella 7 - limiti di dimensione della stringa
Tabella 5 - parametri dell'inverter
5
La tecnologia SolarEdge consente un numero molto
maggiore di pannelli per stringa, dai 6 ai 25.
Utilizzando i summenzionati limiti di dimensione della
stringa, abbiamo raggruppato i moduli in stringhe così
come esposto nelle Figure 10-12. Tutti gli impianti
hanno il medesimo numero di moduli e possono
quindi produrre il medesimo ammontare di energia,
ma le esigenze in fatto di cablaggio sono differenti
da sistema a sistema in conformità alla rispettiva
architettura. Lo schema del cablaggio è anch'esso
indicato in queste figure. Notare che le linee
rappresentano collegamenti logici, e non indicano
l'effettivo posizionamento dei cavi. Le linee rosse
e nere segnano tutti i collegamenti all'inverter della
stringa; quelle rosse rappresentano i collegamenti
positivi, mentre quelle nere i collegamenti negativi.
I cavi da modulo a modulo non sono indicati, ma
rappresentati dal numero del modulo (ad esempio,
nella stringa A, il modulo A1 è collegato al Modulo A2
che è collegato al Modulo A3, e così via). Il cerchio
giallo rappresenta il condotto di entrata dei cavi nella
casa. Tutti i moduli che appartengono alla medesima
stringa hanno lo stesso colore, e tutte le stringhe
collegate al medesimo inverter sono colorate di
sfumature diverse dello stesso colore (ad esempio,
blu chiaro e blu scuro).
L'impostazione della società concorrente A richiede
un inverter da 8,4kW (tutte le stringhe sono collegate
a questo inverter, ma le limitazioni della capacità
dei cavi richiedono due collegamenti all'inverter,
ognuno per due stringhe, e non un unico cavo che
unisce tutte e quattro le stringhe).
A4
A5
A6
B5
B6
C4
C5
C6
D5
D6
A3
A8
A7
B4
B7
C3
C8
C7
D4
D7
A2
A9
B2
B3
B8
C2
C9
D2
D3
D8
A1
A10
B1
B10
B9
C1
C10
D1
D10
D9
A4
A5
B4
B5
C6
C7
C8
D6
D7
D8
A3
A6
B3
B6
C5
C4
C9
D5
D4
D9
A2
A7
B2
B7
C2
C3
C10
D2
D3
D10
A1
A8
B1
B8
C1
C12
C11
D1
D12
D11
Figura 11 - Schema della società concorrente B
L'impostazione SolarEdge richiede un inverter da
5kW (per la stringa rossa) ed uno da 3,3kW (per la
stringa blu).
A9
A10
A11
A12
B4
B5
B6
B7
B8
B9
A8
A7
A6
A13
B3
B14
B13
B12
B11
B10
A3
A4
A5
A14
B2
B15
B16
B17
B18
B19
A2
A1
A16
A15
B1
B24
B23
B22
B21
B20
Figura 12 - Schema del sistema SolarEdge
Un calcolo delle esigenze di cablaggio per ciascuno
dei sistemi è esposto nella Tabella 8.
Società
concorrente
A
Potenza (W)
7000
20,8 m
Cablaggio
100%
totale
€ 17.68
Società
concorrente
B
7000
20,8 m
100%
€ 17.68
SolarEdge
7000
17,6 m
84.6%
€ 14.96
Tabella 8 - Requisiti di cablaggio per l'installazione nella fattoria
in Germania
Anche in questo caso, come evidenziato nella
Tabella 8, il sistema SolarEdge riduce l'ammontare
di cavi necessario, utilizzando il 15% in meno di cavi
rispetto ai sistemi della concorrenza. Ciò semplifica
l'installazione, il che si traduce in risparmio nel costo
di manodopera, oltre che in risparmio in termini di
costo di cablaggio. Naturalmente, con l'aumentare
delle dimensioni degli impianti il risparmio diventa
più consistente.
Figura 10 - Schema della società concorrente A
L'impostazione della società concorrente B richiede
un inverter da 4,3kW (le due stringhe blu sono
collegate a questo inverter) ed un inverter da 2,7kW
(per le due stringhe rosse).
6
Esempio di un impianto residenziale - fattoria
in Spagna
sono elencati nella Tabella 9.
Dimensioni fisiche
Potenza
Isc (@ STC)
Voc (@ STC)
In questo caso, abbiamo una fattoria con un
impianto fotovoltaico esistente. Metteremo a
confronto l'impostazione attuale dell'impianto
(moduli, stringhe, cavi ecc.) con un sistema che
utilizza il medesimo schema dei moduli, ma con
inverter SolarEdge.
Descrizione del sito: la fattoria, con il suo impianto
installato composto da 120 moduli, è mostrata
nella Figura 13. Un modello tridimensionale della
fattoria viene esposto nella Figura 14 ed uno
schema del tetto viene mostrato nella Figura 15,
dove il cerchio grigio indica il condotto di entrata
dei cavi. Le dimensioni del tetto sono pari a 6m di
altezza e 40m di larghezza. Il tetto non è esposto
nella direzione ottimale per un impianto solare,
quindi i pannelli sono stati collocati su di un piano
inclinato e non direttamente sul tetto.
160*80 cm
150 W
4,9 A
43,8 V
Tabella 9 - parametri del modulo
Il progetto attuale dell'impianto è esposto
nella Figura 16. Le stringhe sono colorate,
alternativamente, di grigio e di bianco. Le linee blu
rappresentano i collegamenti da modulo a modulo,
mentre le linee rosse e nere segnano tutti i
collegamenti all'inverter della stringa; quelle rosse
rappresentano i collegamenti positivi, mentre quelle
nere i collegamenti negativi. Le caratteristiche
dell'impianto sono dettagliate nella Tabella 10:
Numero di inverter
Numero di stringhe per inverter
Numero di stringhe
Numero di moduli per stringa
Potenza per stringa
Potenza per inverter
Potenza complessiva
dell'impianto
6
2
12
10
1500 W
3000 W
18000 W
Figura 13 - foto dell'installazione presso la fattoria in Spagna
Tabella 10 - Caratteristiche dell'impianto della concorrenza
N
Figura 14 - modello tridimensionale dell'installazione presso la
fattoria in Spagna
N
6m
Figura 16 - Schema dell'impianto della concorrenza
40m
Figura 15 - schema dell'installazione presso la fattoria in Spagna
I parametri dei moduli installati in questo impianto
7
A causa di perdite nel cablaggio che aumentano
con l'aumentare della distanza, i cavi che collegano
le stringhe più lontane hanno una portata maggiore
rispetto ai quelli che collegano le stringhe più vicine.
La Tabella 11 elenca i vari tipi di cavi utilizzati in
questa installazione.
Stringhe
Prime sei (a partire dal lato sud)
Le successive 4
le ultime due
Anche nell'impianto SolarEdge i cavi utilizzati sono
di portata diversa, come esposto nella tabella 13:
Stringhe
Prime due (a partire dal lato sud)
Due di mezzo
le ultime due
Cablaggio
6 mm2
10 mm2
16 mm2
Tabella 13 - Schema di cablaggio dell'impianto SolarEdge
Dopo aver stabilito le esigenze di cablaggio in
entrambi gli schemi, viene effettuato un confronto.
Tale confronto viene esposto nella Tabella 14:
Tabella 11 - Schema di cablaggio della società concorrente
Nel pianificare un impianto SolarEdge per questo
schema di moduli, gli installatori possono ottenere
un progetto molto più semplice. Ciò in quanto la
tecnologia SolarEdge è l'unica a consentire a stringhe
di differenti lunghezze di collegarsi al medesimo
inverter. L'impostazione del sistema SolarEdge
è esposta nella Figura 17. Le caratteristiche
dell'impianto sono dettagliate nella Tabella 12:
Numero di inverter
Numero di stringhe per inverter
Numero di stringhe
Numero di moduli per stringa
Potenza per stringa
Potenza per inverter
Potenza complessiva dell'impianto
Cablaggio
6 mm2
10 mm2
16 mm2
6 mm2
10 mm2
3
2
6
16 / 24
2400 / 3600 W
6000 W
18000 W
16 mm2
Prezzo complessivo
del cablaggio (€)
Società
concorrente
66,8 m
100 %
€ 56.78
66,85 m
100%
€ 86.9
59,35 m
100 %
€ 116.33
260
SolarEdge
20,95 m
31.36 %
€ 17.8
36,7 m
54.9%
€ 47.7
50,45 m
85 %
€ 98.9
164
Tabella 14 - Requisiti di cablaggio per l'installazione nella fattoria
in Spagna
Il prezzo complessivo di cablaggio dell'impianto
SolarEdge è il 60% di quello della Società
concorrente. Questa differenza risulta ancora più
significativa quando vengono installati centinaia
di impianti. Inoltre, il progetto dell'impianto
SolarEdge è più semplice, con conseguente più
facile implementazione. Ciò si traduce in risparmio
nel costo di manodopera, oltre che in risparmio in
termini di costo di cablaggio.
Tabella 12 - Caratteristiche dell'impianto SolarEdge
N
Esempio di impianto commerciale
Un impianto solare commerciale può variare da
alcune centinaia sino a decine di migliaia di moduli
solari. I moduli sono riuniti in stringhe, che a loro
volta sono riunite in sistemi. Oltre alle limitazioni
elencate precedentemente, i fusibili e le scatole dei
fusibili hanno una importanza vitale nel progettare
lo schema di un impianto commerciale, a causa
della corrente ad alta tensione ivi presente.
Figura 17 - Schema del sistema SolarEdge
8
dell'impianto a causa della loro progettazione
elettronica che impedisce alla corrente di ritornare
indietro attraverso i moduli. Invece, la portata di
corrente dei cavi ha un ruolo, come si evidenzia
nei seguenti calcoli, che determina impostazione
dell'impianto SolarEdge:
1. Corrente massima attraverso i cavi = portata
di corrente dei cavi * 0,8 (a causa del limite
dell'80% della capacità). Assumendo un
cablaggio da 20A, che rappresenta lo standard
per gli impianti fotovoltaici, viene prodotto un
massimo di 16A di corrente.
2.Numero di moduli per insieme:
a.Numero di stringhe per insieme * corrente
massima della stringa (Imax) ≤ Corrente
massima che attraversa i cavi
b.Imax = numero dei moduli per stringa
* potenza del modulo / 800 V (800 V
rappresenta la tensione ottimale a corrente
continua in entrata per la conversione in 240
VAC)
Ciò comporta la seguente limitazione: numero
di moduli per stringa * numero di stringhe per
insieme = numero di moduli per insieme ≤ 182.
Il sistema SolarEdge accetta lunghezze diverse di
stringa nel medesimo insieme; pertanto, questi
182 moduli possono essere divisi in 3 stringhe
da 50 moduli ciascuna (la lunghezza massima
della stringa in un impianto commerciale
SolarEdge) ed una stringa da 32 moduli. Ciò
porta ad un Imax = 4,37 A o 2,8 A, a seconda
della dimensione della stringa.
3.Numero di insiemi per scatola dei fusibili
= corrente della scatola dei fusibili * 0,8 /
corrente dell'insieme La corrente dell'insieme
è data da 3 * 4,37 + 2,8A ed una scatola dei
fusibili standard è da 100A, e funziona a non
più del 80% della propria capacità (il massimo
consentito) che corrisponde a 5 insiemi per
scatola dei fusibili.
I moduli utilizzati per i confronti degli impianti
commerciali sono moduli ampiamente diffusi a
pellicola sottile ed i loro parametri sono elencati
nella Tabella 15.
Dimensioni fisiche
60*120 cm
Potenza
70 W
Voc
89 V
Vmpp
67,1 V
Isc
1,19 A
Coefficiente di deriva termica di - 0,25%/°C
tensione
Tolleranza di corrente
10%
Tolleranza di tensione
10%
Amperaggio massimo dei fusibili
10 A
Tabella 15 - caratteristiche del modulo
I calcoli effettuati al fine di stabilire l'impostazione
dell'impianto della società concorrente sono:
1. Voc’ (Voc effettivo considerando i cambiamenti di
temperatura) = Voc * (1 + Coefficiente di deriva
termica di tensione * [temperatura ambientale
minima - STC temp]) = 97,9 V (presupponendo
una temperatura minima ambientale di -15°C).
2.
Vmpp’
(Vmpp
effettivo
considerando
i
cambiamenti di temperatura) = Vmpp * (1 +
Coefficiente di deriva termica di tensione *
[temperatura ambientale minima - STC temp])
= 73,81 V (presupponendo una temperatura
ambientale minima di -15°C).
3.Imax = Isc * 1,25 (si tratta della corrente
massima consentita dalla IEC) = 1,49 A.
4.Numero di moduli per stringa = 10, in quanto il
minore tra:
a.1000 / Voc’ = 10 (1000 è il limite Voc massimo
della stringa)
b.
820/Vmpp’ = 11 (820 è il limite Vmpp
massimo della stringa)
5.Numero di stringhe per insieme = 12 (si tratta
del numero solitamente usato)
6.Corrente del fusibile = numero di stringhe per
insieme * Imax = 17,88 A
7.Numero di insiemi per scatola dei fusibili =
corrente della scatola dei fusibili * 0,95 / corrente
del fusibile Una scatola dei fusibili standard è da
100A, e funziona a non più del 95% della propria
capacità (il massimo consentito) che corrisponde
a 5 insiemi per scatola dei fusibili.
Mostreremo di seguito come i risultati di questi
calcoli impattano sul possibile schema di uno degli
esempi di impianto, una installazione commerciale
da 250kW.
Le cifre riportate nella Tabella 16 sono state
ottenute:
Società
concorrente
Moduli per stringa
10
Stringhe per insieme
12
Insiemi per scatola dei
5
fusibili
In un sistema SolarEdge, la corrente del fusibile
e della scatola dei fusibili non sono un fattore
utile nella determinazione dell'impostazione
Tabella 16 - Caratteristiche del sistema
9
SolarEdge
50 / 32
4
5
Una volta che le cifre sono a disposizione, è
possibile progettare lo schema dell’impianto.
Inizieremo con in descrivere lo schema che utilizza
l'inverter della Società concorrente. I moduli in
ciascuna stringa (10 moduli) sono collocati uno
sopra l'altro, in gruppi di quattro. I gruppi di quattro
sono allineati uno a fianco all'altro e sono installati
su di un piano inclinato (per il clima europeo viene
di norma usato un piano inclinato a 50 gradi). Le
stringhe vengono allineate una a fianco all'altra,
a formare un insieme. Una foto di uno schema
tipico è visibile nella Figura 18. Al fine di evitare
ogni problema di ombreggiamento, lasciamo tra
le file di insiemi una distanza basata sulla altezza
della stringa. Nel caso in esempio, tale distanza è
di 2,4m. Uno schema di un insieme visto dall'alto
e di lato, consistente in 12 stringhe da 10 moduli
ciascuna, riferito alle cifre dell'impianto della
Società concorrente, è visibile nella Figura 19.
Ciascuna stringa viene evidenziata con una linea
spessa; le dimensioni non sono in scala.
250kW, come quella in esempio, sono richieste 8 di
queste file. Questo numero si ottiene come segue:
1.Potenza per insieme = moduli per insieme *
potenza per modulo = 8400 W.
2.Potenza per scatola dei fusibili = insiemi per
scatola dei fusibili * potenza per insieme = 42 kW.
3.
Numero di scatole dei fusibili = potenza
complessiva del sito / corrente della scatola dei
fusibili = 6
Ciò porta all'impostazione descritta nella Figura 20.
Lo schema è puramente indicativo e le dimensioni
non sono in scala. Simboli: C – Insieme (cluster),
FB – scatola dei fusibili (fuse box).
N
+
FB6
FB1
~
112 m
36 m
2,4 m
C1
C3
C26
C28
C2
C4
C27
C29
1,54 m
C5
C30
47,3 m
Figura 20 - Schema dell'impianto concorrente
Passiamo ora a descrivere lo schema che utilizza
la soluzione SolarEdge. Gli insiemi sono costituiti
come descritto qui sopra, dove tre stringhe in
ciascun insieme hanno 50 moduli ciascuna, mentre
una stringa di ciascun insieme ha 32 moduli.
Lo schema di un insieme visto dall'alto e di lato
è esposto nella Figura 21. Ciascuna stringa è
evidenziata con una linea spessa.
4*
0,
4*
0,
Vista di lato
Spazio lasciato vuoto a causa
dell'ombreggiamento
500
Vista
dall'alto
2,4m
6 stringhe aggiuntive
1,54 m
0,6m
1,2m
1,54m
6=
2,
4
1,54 m
Vista
dall'alto
2,4m
m
500
1,84 m
Vista di lato
1,84 m
6=
2,
4
m
Figura 18 - foto di una installazione tipo
Spazio lasciato vuoto a causa dell'ombreggiamento
36m
1,54m
Figura 19 - Schema dell'insieme concorrente
Al livello successivo, gli insiemi che sono collegati
alla medesima scatola dei fusibili sono allineati uno
vicino all'altro (o uno dietro l'altro o uno a fianco
all'altro, a seconda delle dimensioni del sito).
Gli insiemi che utilizzano una scatola dei fusibili
diversa sono allineati in una fila dietro alla prima
fila di insiemi, e così via. In una installazione da
32 pannelli
50 pannelli
50 pannelli
50 pannelli
55,2m
Figura 21 - Schema dell'insieme SolarEdge
Per stabilire il numero di scatole di fusibili necessarie
nel sistema SolarEdge, seguiamo i calcoli descritti
10
qui sopra, che portano ad un risultato di 4.
Ciò porta all'impostazione descritta nella Figura 22.
Anche in questo caso, lo schema è puramente
indicativo e le dimensioni non sono in scala.
Tabella18.
Prezzo del cablaggio (€)
Prezzo delle scatole dei
fusibili (€)
Prezzo dell'impianto
(cablaggio e scatole
dei fusibili, €)
prezzo per Watt (€/W)
N
+
FB4
FB3
FB2
FB1
~
166,4 m
55,2 m
2,4 m
C1
C3
C6
C8
C11
C13
C16
C18
C2
C4
C7
C9
C12
C14
C17
C19
1,54 m
C5
C15
C10
Figura 22 - Schema dell'impianto SolarEdge
Risulta evidente che l'impostazione SolarEdge
richiede un cablaggio minore, dato che vi è un
numero di scatole dei fusibili minore che porta ad
un numero minore di insiemi - collegamenti alle
scatole dei fusibili (eseguiti con cavi da 20A) ed un
numero inferiore di scatole dei fusibili - cablaggio
dell'inverter (eseguito con cavi da 100A). Il calcolo
esatto, eseguito in base alle dimensioni ed agli
schemi di cablaggio di cui alle Figure 19-22, porta
alle cifre riportate nella Tabella 17:
Cablaggio da 20A
Cablaggio da 100A
Scatole dei fusibili
100%
91,44 m
100%
6
102%
39,04 m
42.7%
4
2413.62
1827.24
0.0096
0.0072
827.24
1000
L'utilizzo del sistema della società concorrente
implica un 30% in più di spesa rispetto alla
spesa che sarebbe sostenuta usando il sistema
SolarEdge, per quanto riguarda cavi e scatole dei
fusibili. Ciò comporta un prezzo per Watt che per
SolarEdge è inferiore del 25% rispetto a quello della
Società concorrente. Oltre ai risparmi ottenuti con
SolarEdge ed esposti nella Tabella 18, il sistema
SolarEdge consente risparmi considerevoli anche
in termini di manodopera grazie al minor numero di
cavi ed alla installazione più semplice.
47,3 m
SolarEdge
883,2 m
SolarEdge
Tabella 18 - Costo dell'impianto
C20
Società concorrente
864 m
Società
concorrente
913.62
1500
Conclusioni
Abbiamo descritto e dimostrato i vantaggi dei
sistemi SolarEdge Technologies rispetto ai sistemi
delle altre maggiori società. Questi vantaggi sono
presenti sia negli impianti residenziali (case e
fattorie) che commerciali. Questi significativi
vantaggi comprendono l'utilizzazione massima
dell'impianto, un'architettura flessibile dell'impianto
che comporta una utilizzazione ottimale dello spazio
e risparmio sui costi di materiali e manodopera.
Tutto ciò è possibile grazie all'architettura SolarEdge
per la raccolta dell'energia distribuita, che offre una
soluzione completa e solida ai problemi insiti altri
sistemi.
Tabella 17 - Requisiti di cablaggio dell'impianto
L'impostazione SolarEdge richiede solo il 2% in più
di cavi da 20A ed il 60% in meno di cavi da 100A
rispetto a quanto richiesto dall'impostazione della
Società concorrente, e solo 4 scatole di fusibili
anziché 6. I costi complessivi di cablaggio e scatole
dei fusibili per ciascun impianto, oltre al prezzo
per Watt di ciascun impianto, sono esposti nella
“Problemi e svantaggi negli attuali impianti fotovoltaici in rete
commerciali ed industriali", SolarEdge Technologies (2008)
2
“Installazioni fotovoltaiche, Una relazione sui progressi fatti",
John C. Wiles, BillBrooks, Bob-O Schultze (2002)
3
In tutti i calcoli dell'energia annua, diamo per assunto che gli
inverter della società concorrente non si blocchino mai sui
livelli massimi locali.
1
11
Informazioni su SolarEdge
SolarEdge produce componenti elettronici per la conversione energetica
di nuova generazione che eliminano efficacemente tutte le limitazioni
tipiche dei sistemi fotovoltaici. La tecnologia Smart DC dei nostri sistemi
consente di incrementare la produzione di energia pulita pronta da
immettere nella rete elettrica, a un costo per watt inferiore rispetto a
quello offerto da qualsiasi altro produttore.
La tecnologia SolarEdge riunisce i tradizionali flussi di lavoro e metodologie
degli impianti fotovoltaici a un innovativo approccio olistico al sistema. Si
tratta di una vera e propria rivoluzione che, da un lato, rompe gli schemi
poiché offre notevoli vantaggi cambiando profondamente il modo in
cui l'energia viene raccolta, distribuita, gestita ed erogata e, dall'altro,
è complementare poiché si adatta al flusso di lavoro già in uso negli
impianti fotovoltaici.
In definitiva, noi di SolarEdge riteniamo che la robustezza della catena
di produzione di energia fotovoltaica vada misurata in base al suo anello
più debole. Adottando una filosofia che metta "il sistema al primo posto"
identificando ed eliminando i punti deboli in ogni fase del processo, siamo
in grado di produrre energia raccolta dal sole svincolata da qualsiasi
limitazione.
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