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Derating termico per Sunny Boy e Sunny Tripower
Mediante il derating termico l’inverter riduce la propria potenza per proteggere i propri componenti dal
surriscaldamento. Il presente documento illustra come viene regolata la temperatura nell’inverter, quali possono essere
le cause del derating termico e quali sono le possibili contromisure.
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ITALIANO
1 Cos’è il derating termico?
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1 Cos’è il derating termico?
Il “derating” è la riduzione controllata della potenza dell’inverter. In caso di funzionamento normale, gli inverter lavorano
nel cosiddetto punto di massima potenza. In questo punto di funzionamento il rapporto fra tensione FV e corrente FV è
tale da ottenere la massima potenza. La posizione del punto di massima potenza cambia continuamente a seconda
dell’irraggiamento e della temperatura dei moduli FV.
Il derating in funzione della temperatura serve a proteggere dal surriscaldamento i sensibili componenti semiconduttori
dell’inverter. Quando i componenti monitorati raggiungono la temperatura consentita, l’inverter sposta il proprio punto
di funzionamento verso una potenza minore. Tale riduzione avviene in maniera graduale. In casi estremi l’inverter si
stacca del tutto. Non appena la temperatura dei componenti a rischio scende nuovamente sotto il valore critico, l’inverter
ritorna a lavorare nel punto di funzionamento ottimale.
Figura 1: Esempio di andamento della potenza in caso di derating termico
Il derating termico può verificarsi per diversi motivi; ad es. nei seguenti casi:
• Quando le condizioni di installazione impediscono la dissipazione del calore da parte dell’inverter.
• Quando gli inverter vengono messi in funzione sotto l’irraggiamento solare diretto o quando l’elevata temperatura
ambiente non consente più la dissipazione del calore.
• Quando generatore fotovoltaico e inverter sono fra loro configurati in maniera particolarmente sfavorevole
(rapporto fra potenza del generatore fotovoltaico e dell’inverter).
• Quando il luogo di installazione dell’inverter si trova a un’altitudine sfavorevole (ad es. a quote prossime
all’altitudine operativa massima sul livello del mare, v. cap. “Dati tecnici” del manuale d’uso dell’inverter). Ciò
aumenta il derating termico perché con l’aumentare dell’altitudine si riduce la densità dell’aria e di conseguenza
anche l’effetto raffreddante della stessa.
• Quanto sull’inverter sussiste una tensione CC costantemente elevata (U_MPP).
Siccome anche la tensione di esercizio CC esercita un’influenza notevole sul comportamento di derating dell’inverter,
per una maggiore chiarezza è utile analizzare diverse tensioni di esercizio CC rispetto all’andamento della temperatura
(v. figura 2). La raffigurazione del comportamento di derating in funzione della tensione di esercizio CC di un inverter
SMA avviene in conformità alle attuali disposizioni normative (ad es. DIN EN 50524), ovvero sempre alla tensione CC
minima (U_MPP_Min), alla tensione nominale CC (U_Nom) e alla tensione CC massima (U_MPP_Max).
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1 Cos’è il derating termico?
Figura 2: Esempio di comportamento di derating di un inverter SMA a diverse tensioni di esercizio
La seguente figura (Figura 3) mostra a titolo di esempio i diversi punti di funzionamento di un impianto fotovoltaico
(Australia, Alice Springs, sovradimensionamento del 140%) in funzione di temperatura ambiente e tensione di esercizio
CC impostata sul generatore fotovoltaico. A sinistra della curva caratteristica è possibile un funzionamento permanente
con piena potenza.
La figura dimostra che l’effetto di tensioni di esercizio CC elevate sul comportamento termico non va sopravvalutato. Ad
esempio, la tensione di esercizio CC scende parallelamente all’aumento della temperatura da 800 VCC a 15 °C fino
a 720 VCC a 40 °C. La tensione CC massima dell’inverter rappresenta pertanto più un limite tecnico che un normale
andamento di funzionamento. Non c’è alcun punto di funzionamento del generatore fotovoltaico in cui sia necessario
che l’inverter immetta a piena potenza con temperature superiori a 31 °C (a 800 V).
Figura 3: Punti di funzionamento di un impianto fotovoltaico e curva caratteristica del range di funzionamento in cui l’inverter può immettere a
piena potenza (ubicazione dell’impianto fotovoltaico: Australia, Alice Springs, sovradimensionamento del 140%).
Fondamentalmente, il derating termico non ha ripercussioni negative sull’inverter. Quando quest’ultimo si trova nella
condizione di funzionamento “Derating”, la stessa è segnalata dall’accensione di un LED e da un’avvertenza sul display
dell’inverter. Questa avvertenza viene visualizzata dall’inverter fino a quando quest’ultimo si spegne con l’arrivo
dell’oscurità.
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2 Dimensionamento dell’impianto e derating termico
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2 Dimensionamento dell’impianto e derating termico
Il corretto dimensionamento di un impianto fotovoltaico non deve escludere completamente il derating. Gli impianti FV
vengono ottimizzati in funzione del rendimento energetico complessivo. La potenza disponibile all’uscita dell’inverter si
calcola sulla base della potenza messa a disposizione dal generatore fotovoltaico e del rendimento dell’inverter. È
pertanto fondamentale che il prodotto di questi due fattori sia il più elevato possibile.
Prendendo come riferimento la città di Friburgo in Brisgovia, la figura 4 mostra quanta energia è disponibile nel corso
dell’anno nei vari settori dello spettro di potenza del generatore fotovoltaico. La frequenza con cui si verificano le singole
potenze è rappresentata nel diagramma. Le minori potenze dei settori a carico parziale inferiori contribuiscono
notevolmente alla resa complessiva perché si verificano molto spesso.
Figura 4: Offerta di energia riferita allo spettro di potenza del generatore fotovoltaico (esempio per Friburgo in Brisgovia, Germania)
L’efficienza con cui l’inverter sfrutta la potenza disponibile del generatore fotovoltaico dipende dall’andamento del suo
grado di rendimento.
Per evitare il derating in corrispondenza dei picchi di potenza del generatore fotovoltaico si potrebbe scegliere un
inverter con una potenza nominale superiore al 100% della potenza del generatore. In questo caso, però, una buona
percentuale dei rendimenti a carico parziale si troverebbe in un settore con un grado di rendimento dell’inverter
relativamente basso. Le perdite nel settore a carico parziale sarebbero superiori ai benefici legati al pieno sfruttamento
dei picchi di potenza (cfr. Figura 6).
Figura 5: Grado di rendimento, potenza d’ingresso e d’uscita dell’inverter se la potenza nominale dell’inverter è compresa fra il 90% e il 100%
della potenza del generatore fotovoltaico.
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2 Dimensionamento dell’impianto e derating termico
Figura 6: Grado di rendimento, potenza d’ingresso e d’uscita dell’inverter se la potenza nominale dell’inverter è superiore al 100% della potenza
del generatore fotovoltaico.
In caso di configurazione ottimale dell’impianto fotovoltaico il derating si verifica solo di rado. Un inverter
sottodimensionato rispetto al generatore fotovoltaico può essere causa di frequenti episodi di derating (per le cause di
un frequente derating termico v. cap. 1, pag. 2).
Il dimensionamento ideale dell’impianto fotovoltaico può essere determinato con l’ausilio del software di progettazione
“Sunny Design”. Sunny Design può essere scaricato gratuitamente dal sito www.SMA-Solar.com.
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3 Dissipazione del calore degli inverter
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3 Dissipazione del calore degli inverter
Gli inverter dispongono di un sistema di raffreddamento ottimizzato per la potenza e la forma dell’apparecchio. Gli
inverter a raffreddamento passivo cedono calore all’aria ambiente mediante appositi dissipatori.
Gli inverter a raffreddamento attivo con sistema OptiCool ricorrono anche alla ventilazione. Non appena l’apparecchio
produce più calore di quanto l’involucro sia in grado di dissipare viene attivata una ventola interna che produce un flusso
di aria calda attraverso i canali di raffreddamento dell’involucro stesso. La ventola funziona a regime controllato, ovvero
aumenta il proprio numero di giri in maniera direttamente proporzionale all’aumento della temperatura. Il vantaggio
della ventilazione attiva è che l’inverter può continuare a immettere alla massima potenza anche se la temperatura
aumenta. Il derating si verifica solamente quando il raffreddamento non è più sufficiente. Gli inverter a raffreddamento
attivo dispongono pertanto di riserve di potenza aggiuntive rispetto ai modelli a raffreddamento passivo.
Durante l’installazione degli inverter, accertarsi che la dissipazione del calore sia sufficiente al fine di evitare il derating
termico:
• Installare gli inverter in luoghi freschi, ovvero piuttosto in cantina che non in soffitta.
• Scegliere luoghi con un sufficiente ricambio d’aria. Predisporre eventualmente un’aerazione aggiuntiva.
• Non esporre gli inverter all’irraggiamento solare diretto. In caso di installazione all’aperto sfruttare i punti d’ombra
esistenti o predisporre una tettoia sopra agli inverter.
• Rispettare le distanze minime rispetto a inverter vicini o altri oggetti come indicato nelle istruzioni per l’installazione.
Aumentare le distanze se si prevede che nel luogo di installazione si verificheranno temperature elevate.
• In caso di installazione di più inverter, disporli in modo che essi non aspirino l’aria calda espulsa dagli apparecchi
vicini. Gli inverter a raffreddamento passivo vanno posizionati in modo sfalsato per permettere al calore ceduto dai
dissipatori di defluire verso l’alto.
Figura 7: Disposizione di inverter a raffreddamento passivo al fine di ottimizzare la dissipazione del calore: Sunny Boy 1300, Sunny Boy 1600,
Sunny Boy 2100TL
Per gli inverter a raffreddamento attivo la disposizione ottimale dipende dalla posizione delle aperture di aspirazione e
scarico dell’aria. Di seguito sono riportati alcuni esempi.
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3 Dissipazione del calore degli inverter
Figura 8: Disposizione di inverter a raffreddamento attivo (Sunny Boy) al fine di ottimizzare la dissipazione del calore
Figura 9: Disposizione di inverter a raffreddamento attivo al fine di ottimizzare la dissipazione del calore: Sunny Tripower.
In virtù del sistema di ventilazione ottimizzato, per gli inverter di tipo Sunny Tripower non vi sono particolari esigenze in
termini di disposizione in caso di montaggio su più file.
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4 Gestione del derating termico
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4 Gestione del derating termico
Gli inverter SMA sono progettati in maniera tale che in caso di corretto dimensionamento dell’impianto fotovoltaico e di
idonee condizioni ambientali la temperatura di esercizio consentita non venga superata. Qualora si verifichi ugualmente
un caso di derating termico, ciò può essere dovuto alle seguenti cause:
• L’inverter non è in grado di cedere sufficiente calore all’aria ambiente perché i dissipatori o le griglie di aerazione
sono sporchi oppure perché le ventole sono guaste. Pulire i componenti interessati come descritto nelle istruzioni per
l’installazione dell’inverter in questione.
• La potenza dell’inverter scelto è troppo bassa rispetto alla potenza del generatore fotovoltaico. Questa modalità di
dimensionamento può oggi essere utile per motivi economici e viene applicata sempre più spesso a livello pratico.
In condizioni climatiche estreme – ad es. in caso di elevato irraggiamento solare combinato a basse temperature
dei moduli FV – la potenza del generatore fotovoltaico può in ogni caso superare la potenza nominale dell’inverter
anche qualora l’impianto sia stato dimensionato correttamente.
• L’ambiente di installazione dell’inverter non soddisfa le condizioni climatiche (v. cap. “Dati tecnici” delle istruzioni
dell’inverter in questione). L’inverter dovrebbe essere installato da un tecnico specializzato in un luogo idoneo.
Accertarsi che siano rispettate le distanze consigliate fra i vari apparecchi. Aumentare ulteriormente tali distanze se
si procede all’installazione in ambienti caldi. Installare gli apparecchi fuori dalla portata del flusso di aria calda di
altri inverter (v. cap. 3, pag. 6). Provvedere eventualmente a un raffreddamento aggiuntivo dell’inverter In caso di
più inverter, ventilare gli apparecchi in modo che il flusso d’aria di raffreddamento li raggiunga tutti in uguale misura.
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