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Fotovoltaico

Come sovradimensionare un impianto fotovoltaico

01/09/2021 / Da Amara NZero
Dopo aver appreso nei precedenti due articoli del nostro blog il concetto del sovradimensionamento e di come esso vada ad incidere sulla produzione di energia di un impianto fotovoltaico, andremo adesso ad analizzare alcuni casi applicativi per capire come e di quanto sovradimensionare un impianto fotovoltaico.
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Scopriremo insieme che non esiste una risposta unica e definitiva per tutti i casi.

Poiché l’obiettivo di questo articolo è presentare le differenze nel sovradimensionamento, le perdite di ombreggiamento non sono state considerate in queste simulazioni. Per questo esempio, sceglieremo una struttura situata a Madrid. La posizione è un aspetto rilevante in quanto influenza in modo significativo la tensione del sistema a causa delle temperature massime e minime registrate nel luogo.

Per la prima analisi del sovradimensionamento, utilizzeremo l’inverter SMA Core-1, con una potenza nominale di 50kW, e 6 MPPT (fino a 12 ingressi in totale con un massimo di 2 stringhe per ingresso). Questo inverter dispone di 6 ingressi indipendenti, con una tensione di ingresso massima di 1000 V. Di seguito sono riportate le informazioni dalla scheda tecnica di questa apparecchiatura, e ciò che dobbiamo tenere in considerazione nel calcolo del modulo e delle stringhe.

dati tecnici
 
Punti da considerare:
  • Massima tensione in ingresso: 1000V – Valore che non deve essere mai superato durante il funzionamento dell’inverter. Dovrebbe essere dimensionato tenendo conto della tensione a circuito aperto (Voc) del modulo calcolata alla temperatura più bassa attraverso l’ausilio dei coefficienti di temperatura.
  • Intervallo di tensione MPP per potenza nominale e tensione di ingresso nominale: valori di tensione in cui l’inverter funzionerà nel punto di funzionamento ottimale.

Avremo pertanto le seguenti misurazioni:

dati tecnici 2

 

Per quanto riguarda i pannelli utilizzeremo JA Solar JAM72S20  da 455 Wp. Effettueremo la simulazione con la potenza molto prossima a quella nominale dell’apparecchiatura (110 moduli a 50,05 kWp).

Simuleremo anche altre alternative:

  • 122 moduli (11%),
  • 144 moduli (31%)
  • 164 moduli (49,2%).

Questa cifra rappresenta il limite che possiamo utilizzare con questi moduli, senza superare la tensione massima 1000V e correggendo la temperatura minima a VoC. Non possiamo dimenticare che il semplice cambio di zona geografica potrebbe essere motivo sufficiente per influenzare questo limite, il che ci mostra che non esiste un valore fisso applicabile.

Di seguito sono riportati alcuni parametri di generazione ed efficienza :

  • kWh / anno: quantità di energia (kWh) generata durante il primo anno di funzionamento del sistema.
  • kWh / kWp / anno: quantità di energia generata all’anno per ogni kWp di potenza installata. Questo è un parametro che viene utilizzato per confrontare sistemi con potenze diverse.
  • PR: il Performance Ratio è un parametro che indica l’efficienza di un sistema. Più vicino a 1, più efficiente sarà il sistema.

Questa è la tabella delle simulazioni ottenute nel nostro caso specifico:

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Il primo punto su cui vogliamo attirare l’attenzione è il dato kWh/ kWp/anno. Come si può vedere, maggiore è il numero di moduli utilizzati, maggiore è la generazione (kWh), ma allo stesso tempo il sistema produrrà meno energia per ogni kWp in più, e quindi un PR più basso. D’altra parte, possiamo vedere che più ci avviciniamo al valore di tensione ottimale, più efficiente sarà il nostro sistema.

Questo vuole forse dire che non c’è motivo di sovradimensionare questo impianto del 49,2% sapendo che con il 31% sarebbe più efficiente? Non necessariamente. Dovremo analizzare l’impatto economico individuale di ogni caso, perché potrebbe essere che il guadagno di energia superi il costo maggiore anche se le prestazioni sono leggermente inferiori a causa dei limiti di input. “Quindi, possiamo affermare che l’inverter sostiene un sovradimensionamento massimo del 49,2%?” Spiacenti, non possiamo affermare neanche questo.

Per chiarirlo, faremo la stessa analisi con la stessa attrezzatura ma con i moduli LG Solar, nello specifico con il modello LG NeON 2 350 N1C-V5.

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In questo esempio, possiamo vedere che a causa della limitazione della tensione massima, possiamo utilizzare un massimo di 214 moduli di questo particolare modello. Eppure abbiamo raggiunto una potenza massima di 74,9 kWp, con quasi il 50% di sovradimensionamento.

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Come possiamo vedere, l’indice PR diminuisce notevolmente anche se l’energia generata è maggiore. Il rapporto kWh/kWp installati è notevolmente ridotto a causa del funzionamento dell’inverter al di fuori del range ottimale.

Per questo sottolineiamo l’importanza fondamentale di un’analisi finanziaria per determinare quale sia l’opzione che meglio si adatta a ciascun impianto fotovoltaico e che ogni caso debba comunque essere analizzato singolarmente. Come abbiamo visto, non esiste una verità assoluta o una regola generica da applicare a tutte le installazioni. Per questo motivo, il modello del modulo, l’inverter e il luogo di installazione, devono essere presi in considerazione. E non solo questo ma anche le diverse configurazioni delle stringhe influenzeranno anche i valori ottenuti per kWh e PR, ottenendo valori migliori quanto più ci si avvicina alla tensione ottimale che ci troviamo.

Se immaginiamo un caso in cui la potenza nell’unità di consumo è 75kVA o 112,5kVA, una modifica a questo sistema comporterebbe costi nelle opere di rinforzo della rete, o addirittura cambierebbe la tariffa contrattata dal cliente. Può essere economicamente più interessante sovradimensionare l’inverter del 40, 50 o 60%, ottenendo una maggiore produzione di energia, senza dover effettuare aggiustamenti alla rete della società di fornitura elettrica, anche se l’inverter funziona con una produzione leggermente inferiore alla sua massima efficienza.

Conclusioni

Abbiamo voluto portare al dibattito il tema del sovradimensionamento degli impianti fotovoltaici in modo da aiutare i lettori a svolgere un’analisi esaustiva caso per caso per valutare se e quanto sovradimensionare un impianto oltre il suo punto ottimale.

Come abbiamo avuto modo di vedere un sovradimensionamento ben fatto può accrescere il ritorno energetico ed economico derivanti da un impianto fotovoltaico ma non esiste una verità assoluta o una regola generica da applicare a tutte le installazioni.  Risulta pertanto fondamentale lo studio di un’analisi finanziaria per determinare quale sia l’opzione che meglio si adatta al proprio impianto fotovoltaico.