PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 INVERTER DI STRINGA POWER‐ONE AURORA: Dimensionamento del generatore fotovoltaico con Aurora Designer INDICE Cap. 1 Cap. 2 Cap. 3 Il configuratore Aurora Designer 1 Ottimizzazione del dimensionamento del generatore fotovoltaico 4 Esempio di Configurazione 6 1. Il configuratore Aurora Designer Il foglio di calcolo Aurora Designer è lo strumento con il quale effettuare il dimensionamento del generatore fotovoltaico da associare agli inverter Aurora. La configurazione si effettua nel foglio “Input Sheet”, attraverso i seguenti passi: 1. Scelta della lingua; 2. Scelta del pannello da utilizzare. Qualora il pannello interessato non sia presente nel database del foglio di calcolo è possibile: a. Inserirlo attraverso il foglio “Add Module”, inserendo i dati richieste nelle celle di inserimento: i. Brand: marca del pannello; ii. Modul Typ: modello del pannello; iii. STC Power: potenza nominale in condizioni STC, espressa in W; iv. Umpp: tensione nel punto di massima potenza in condizioni STC, espressa in V; v. Uoc: tensione a vuoto in condizioni STC, espressa in V; vi. Impp: corrente nel punto di massima potenza in condizioni STC, espressa in A; vii. Isc: corrente di corto circuito in condizioni STC, espressa in A; viii. Max Syst. Voltage: massima tensione di sistema del pannello, espressa in V; ix. Tco Isc: coefficiente di temperatura della corrente di corto circuito, espresso in mA/°C; x. Tco Voc: coefficiente di temperatura della tensione a vuoto, espresso in mV/°C. 1 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 Brand Modul Typ STC Power Umpp Uoc Impp Isc max. Sys.Voltage Tco Isc Tco Uoc EcoPower
EP 230 P60
230
30,72
36,9
7,48
8,01
1000
4,005
‐0,13284
Wp
V
V
A
A
V
mA/K
V/K
b. Inviare una mail al supporto Power One per richiedere l’iinserimento del pannello nel data base del configuratore: http://www.power‐one.com/renewable‐energy/contacts.php?loc=it 3. Scelta dell’inverter: selezionare il modello di inverter per la realizzazione dell’impianto. 4. Scelta del tipo di montaggio dei pannelli: il montaggio dei pannelli incide sull’aumento di temperatura delle celle rispetto alla temperatura ambiente. Nel cofiguratore è possibile selezionare uno tra 3 tipi di montaggio: a. Montaggio su inseguitore solare: in questo caso il configuratore applica +25°C sulla temperatura ambiente massima impostata; b. Montaggio su struttura: in questo caso il configuratore applica +30°C sulla temperatura ambiente massima impostata; c. Montaggio a tetto: in questo caso il configuratore applica +35°C sulla temperatura ambiente massima impostata. 5. Impostazione delle temperature ambiente minima e massima: devono essere inserite le temperature ambiente e non le temperature minima e massima delle celle dei pannelli del generatore fotovoltaico. Il configuratore considererà: 2 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 a. Per il calcolo delle grandezze alla minima temperatura ambiente, il valore di minima temperatura ambiente impostato (ovvero se viene inserita una temperatura ambiente minima di ‐10°C, il configuratore effettuerà il calcolo delle tensioni di stringa considerando una temperatura di cella pari a ‐10°C). b. Per il calcolo delle grandezze alla massima temperatura ambiente, il valore di massima temperatura ambiente impostato maggiorato dell’incremento di temperatura legato al tipo di montaggio scelto (ovvero se viene inserita una massima temperatura ambiente di 40°C ed un montaggio a tetto, il configuratore effettuerà la valutazione dei parametri con una temperatura di cella di 40°C+35°C=75°C). c. Per il calcolo della grandezza Vmp,typ@25°C ambiente, il valore di temperatura ambiente 25°C maggiorato dell’incremento di temperatura legato al tipo di montaggio scelto (ovvero se viene scelto un montaggio a tetto, il configuratore effettuerà la valutazione dei parametri con una temperatura di cella di 25°C+35°C=60°C). 6. Impostazione del coefficiente di derating dei pannelli: questo coefficiente rappresenta il rapporto tra la potenza che risulta disponibile per la conversione ai morsetti di ingresso dell’inverter e la potenza nominale installata. In altre parole rende conto della bontà del circuito in DC: si può parlare di efficienza del circuito DC, da non confondere, in ogni caso con l’efficienza dei pannelli FV. Questo valore tiene conto di tutte le perdite che si hanno nella sezione DC dell’impianto e che quindi fanno sì che, in condizioni STC la potenza nominale installata, possa non essere interamente disponibile per la conversione ai morsetti di ingresso dell’inverter. Tra le voci di perdita nel circuito DC possono essere incluse: a. Perdite per conduzione nei cavi di collegamento; b. Perdite per conduzioni nei fusibili, sezionatori ed altri dispositivi di protezione eventualmente presenti; c. Perdite legate allo sporco che si deposita sui pannelli; d. Perdite di mismatching ovvero perdite legate alla non perfetta uguaglianza tra le caratteristiche elettriche dei pannelli. Nominalmente, infatti, i pannelli sono tutti uguali tra loro ed hanno le stesse caratteristiche elettriche. Tuttavia, come risulta dalle prove di “flash test”, risulta che i pannelli hanno (seppur minime) differenze di grandezze elettriche. Poichè il generatore fotovoltaico è un insieme di pannelli variamente collegati tra loro in serie/parallelo, se non viene effettuato un sorting dei pannelli ovvero una scelta dei pannelli con cui costruire le varie stringhe, si possono avere perdite legate a queste disomogeneità (in termini di corrente per quanto riguardano i pannelli nella stessa stringa ed in termini di tensione tra le varie stringhe per quanto riguardano le stringhe in parallelo). 3 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 7. Configurazione del generatore fotovoltaico: scelta del numero di pannelli in serie e quindi di stringhe in parallelo per ciascun MPPT (in caso di configurazione a canali indipendenti) oppure per il singolo MPPT (in caso di configurazione a canali in parallelo). 2. Ottimizzazione del dimensionamento del generatore fotovoltaico Partendo dal presupposto che i limiti di tensione/corrente/potenza dei singoli MPPT siano rispettati, è necessario individuare quali siano le accortezze da tenere per ottimizzare la configurazione del generatore fotovoltaico. Nel seguito, per fissare le idee, si farà l’esempio di un impianto fotovoltaico realizzato con inverter PVI‐12.5‐OUTD, ma i concetti esposti possono essere estesi a tutti gli altri modelli di inverter. Scopo dell’ottimizzazione è quello di cercare di configurare il generatore fotovoltaico in modo da far sì che l’inverter possa convertire l’energia con la massima efficienza. L’ottimizzazione della configurazione parte dall’analisi della curva di efficienza dell’inverter (figura precedente). Il grafico riporta l’andamento dell’efficienza di conversione dell’inverter in funzione della tensione di ingresso (asse X) e della potenza di uscita (asse Y, potenza di uscita normalizzata rispetto alla potenza nominale dell’inverter): a colore più scuro corrisponde efficienza maggiore. 4 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 Si osserva come l’efficienza di conversione (che ha un andamento “piatto” al variare della potenza di uscita), risente in maggiore misura del valore di tensione di ingresso a cui l’inverter è chiamato a lavorare. Infatti, una volta fissata la tensione di ingresso dell’inverter, l’efficienza di conversione dell’inverter rimane praticamente costante in un range molto ampio di potenza di uscita. Per meglio chiarire questo concetto, si può fare riferimento alla figura di seguito, che riporta l’andamento dell’efficienza di conversione dell’inverter in funzione della potenza di uscita dell’inverter, parametrizzata per vari valori di tensione di ingresso. 99%
98%
Efficiency [%]
97%
96%
95%
94%
93%
360Vdc
92%
570Vdc
91%
750Vdc
90%
5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%
Pout/Pnom [%]
Per quanto detto, quindi, diventa necessario fare in modo che la tensione del generatore fotovoltaico nel punto di massima potenza “tipico” sia il più possibile prossima alla tensione di ingresso nominale dell’inverter. Questo si ottiene scegliendo una configurazione del generatore fotovoltaico in modo tale che il valore della Vmp,typ@25C ambiente (disponibile dal configuratore) sia il più possibile vicino alla tensione di ingresso nominale dell’inverter. La tensione di ingresso nominale dell’inverter è, infatti, il valore di tensione di ingresso alla quale l’inverter mostra la massima efficienza di conversione. 5 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 3. Esempio di configurazione Consideriamo il dimensionamento di un impianto da 13,2kW con moduli Sharp ND‐F220A1 con inverter PVI‐12.5‐OUTD. Le configurazioni possibili sono essenzialmente due: • MPPT indipendenti e due stringhe da 15 moduli in serie ciascuna; • MPPT in parallelo e tre stringhe da 20 moduli in serie ciascuna. Appare evidente come la prima delle due deve essere scelta (obbligatoriamente) quando il generatore fotovoltaico non è omogeneo in termini di condizioni di installazione e quindi si renda necessaria la suddivisione in due MPPT. Tuttavia in questa configurazione la tensione Vmp,typ@25C ambiente di ciascun MPPT risulta essere pari a 397Vdc ovvero circa 180Vdc al di sotto della tensione di ingresso nominale dell’inverter. 6 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 Nel caso in cui i 60 pannelli del generatore fotovoltaico siano omogenei dal punto di vista delle condizioni di installazione, la seconda configurazione è sicuramente da preferire: in questo caso infatti la tensione Vmp,typ@25C ambiente risulta essere pari a 529Vdc ovvero nella zona di massima efficienza dell’inverter. Dati sperimentali: i grafici di seguito riportano gli andamenti reali della tensione di ingresso e della potenza di uscita di un inverter configurato seguente le note di cui sopra. 7 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 Potenza di uscita [W]
Potenza di uscita [W]
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0.00
4.48
9.36
14.24
19.12
0.00
Orario
Tensione di ingresso [V]
Tensione di ingresso [V]
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
0.00
4.48
9.36
14.24
19.12
0.00
Orario
Costruendo il grafico della potenza di uscita in funzione della tensione di ingresso e riportandolo sul grafico dell’efficienza dell’inverter, si nota come il punto di lavoro dell’inverter si sposti lungo una linea che si sovrappone alla zona di massima efficienza dell’inverter. 8 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com PVI‐STRING ‐ Dimensionamento del generatore fotovoltaico_rev3_07‐07‐2010.docx_07/07/2010 Potenza di uscita/Pot. nominale
Vs Tensione di ingresso
Potenza di uscita/Potenza nominale [%]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
300
400
500
600
Tensione di ingresso
700
9 Power‐One Italy S.p.a. Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy Web Site: www.power‐one.com