Schema Elettrico Impianto Fotovoltaico Con e Senza Accumulo

1. Introduzione allo Schema Elettrico di un Impianto Fotovoltaico

Lo schema elettrico unifilare rappresenta in maniera sintetica tutti i componenti e le connessioni di un impianto fotovoltaico, sia in corrente continua (DC) che in corrente alternata (AC). Tra i componenti chiave troviamo i pannelli solari, le stringhe e gli inverter. Inoltre, è essenziale considerare il quadro di distribuzione e il punto di connessione (POD), che garantisce il corretto collegamento del sistema alla rete elettrica. Elementi di sicurezza, come le protezioni e gli interruttori, sono di primaria importanza e non possono essere trascurati.

Lo schema elettrico di un impianto fotovoltaico comprende diverse sigle fondamentali, indispensabili per interpretare correttamente i collegamenti e le funzioni dei componenti. Tra le più importanti troviamo:

• POD (Point of Delivery): rappresenta il punto di connessione dell’impianto alla rete elettrica nazionale.
• DICO (Dichiarazione di Conformità): certifica che l’impianto è stato realizzato nel rispetto delle norme tecniche vigenti.
• SPD (Surge Protection Device): protegge il sistema dalle sovratensioni causate da fulmini o disturbi di rete.
• MPPT (Maximum Power Point Tracker): ottimizza la produzione dei moduli mantenendoli sempre al punto di massima potenza.
• Icc (corrente di cortocircuito): indica la corrente massima che può fluire nel circuito in caso di guasto.
• AC (Alternating Current) significa corrente alternata. È il tipo di corrente che viene distribuita nella rete elettrica domestica e industriale.
• DC (Direct Current) significa corrente continua. È la forma di energia prodotta dai pannelli fotovoltaici e utilizzata da dispositivi elettronici come computer, batterie o motori in corrente continua.

Dal punto di vista della sicurezza, lo schema elettrico aiuta a individuare e prevenire i principali rischi operativi dell’impianto fotovoltaico, tra cui:

• Rischio di arco in corrente continua (arco DC): può generare elevate temperature e innescare incendi.
• Surriscaldamento dei cavi: dovuto a sezioni non adeguate o connessioni difettose.
• Assenza di protezioni differenziali sul lato AC: espone l’impianto e gli utenti a potenziali dispersioni di corrente.
• Protezioni termiche non dimensionate correttamente: riducono l’efficacia del sistema di sicurezza e possono compromettere la durata dei componenti.

Quali sono i documenti essenziali da allegare allo schema elettrico?

• Un disegno unifilare è uno degli elementi fondamentali per completare correttamente lo schema elettrico. Questo documento grafico offre una visione chiara di tutte le interconnessioni e i componenti del sistema.
• L’elenco componenti, con le relative caratteristiche tecniche (come tensione nominale, corrente di corto circuito e potenza massima), è essenziale per garantire che tutti i dispositivi siano compatibili e adeguatamente dimensionati per l'applicazione progettuale.
• Il calcolo della corrente di corto circuito e la valutazione della selettività delle protezioni sono procedure indispensabili. L'omissione di questi calcoli, così come la mancata previsione di SPD e sezionatori DC, rappresentano errori comuni.
• Le certificazioni CE/EN e la dichiarazione di conformità assicurano che l'impianto rispetti le normative vigenti, prevenendo eventuali sanzioni o problematiche legate alla sicurezza.

Per quanto riguarda i dati di riferimento per la progettazione, si stima che la produzione media in Italia sia compresa tra 1.000 e 1.500 kWh/anno per kWp. Questo dato è fondamentale per dimensionare adeguatamente il sistema in funzione delle esigenze energetiche previste.

2. Varie Tipologie di Schemi Elettrici per Impianti Fotovoltaici

Gli impianti fotovoltaici possono essere classificati in diverse tipologie in base alla loro connessione e capacità operativa:

• Impianto connesso alla rete in bassa tensione (BT): Utilizzato principalmente per utenze residenziali o piccole imprese.
• Impianto connesso in media tensione (MT): Spesso adottato per applicazioni industriali o grandi strutture.
• Impianti con accumulo: Combinano la tradizionale produzione fotovoltaica con sistemi di stoccaggio dell'energia, aumentando l'efficienza e l'autosufficienza energetica.
• Impianto off-grid, o isolato: Funziona indipendentemente dalla rete elettrica, ideale per località remote dove la connessione alla rete non è praticabile.

Analizzando le tipologie di schema unifilare, possiamo identificarne due principali:

• Schema unifilare semplice: Caratterizzato dalla presenza di una singola stringa che convoglia l'energia attraverso un inverter fino al quadro AC, è adatto per impianti di dimensioni ridotte.
• Schema unifilare complesso: Include una configurazione con più string-combiner, inverter centralizzati, trasformatori e cabine di trasformazione MT/BT, permettendo una gestione avanzata dell'energia, indispensabile per impianti di grande scala e per una distribuzione su vasta area.

Quali soluzioni di inverter e di protezioni sono disponibili per gli impianti fotovoltaici?

Nel settore degli impianti fotovoltaici, le soluzioni di inverter variano notevolmente in base alla taglia dell'impianto e ai requisiti di controllo e backup. Si possono distinguere principalmente tre categorie:

• String inverter: utilizzati per impianti di dimensioni contenute, offrendo una potenza fino a circa 10-50 kW per unità.
• Inverter centralizzati: ideali per grandi installazioni con capacità uguali o superiori a 100 kW.
• Inverter ibridi: progettati specificamente per integrare funzioni di accumulo e backup, adatti a impianti che richiedono elevate prestazioni di gestione dell'energia.

Le tipologie di protezioni giocano un ruolo critico nella sicurezza e nella continuità degli impianti. Queste protezioni includono:

• Protezione DC: comprende sezionatori DC, fusibili stringa e SPD DC per proteggere gli elementi fotovoltaici da sovracorrenti e sovratensioni.
• Protezione AC: include interruttori magnetotermici e differenziali di tipo A, AC o EV.
• Sistemi di sicurezza addizionali: interblocchi e dispositivi anti-islanding sono fondamentali per la stabilità dell'impianto. Essi rappresentano misure cruciali per evitare isolamenti indesiderati dell'impianto dalla rete principale, garantendo un funzionamento efficiente e sicuro anche in condizioni avverse.

3. Schema Elettrico di un Impianto Fotovoltaico da 6 KW

Un impianto fotovoltaico da 6 kW rappresenta una scelta tipica per applicazioni residenziali. Questo tipo di impianto consente di usufruire di detrazioni fiscali e di gestire più facilmente le pratiche burocratiche, rendendolo ideale per chi cerca un equilibrio tra semplicità gestionale e una capacità energetica adeguata per soddisfare le esigenze standard.

In termini di produzione, un impianto da 6 kW può generare annualmente circa 6.000–9.000 kWh. La resa varia a seconda della zona climatica, con un output tipico di 1.000–1.500 kWh per kWp installato. Questa produzione è generalmente sufficiente per raggiungere l'autosufficienza energetica in abitazioni o piccole imprese, ottimizzando il rapporto tra investimento e rendimento.

Per quanto riguarda i costi, un sistema "chiavi in mano" da 6 kW connesso alla bassa tensione ha un costo stimato tra €6.000 e €12.000. L'ampio range dei costi è influenzato dalla qualità dei componenti e dall'integrazione di un sistema di accumulo.

Quali sono le componenti principali e il dimensionamento necessario per un impianto da 6 kW?

• Un sistema fotovoltaico da 6 kW richiede 12–20 pannelli con potenze tra i 300 e i 430 W, a seconda della potenza unitaria scelta.
• La superficie richiesta per l'installazione di tali impianti è di circa 36–48 m², calcolata come 6 kW per 6–8 m²/kWp. Questa area può essere situata su una falda o su un piano con l'utilizzo di supporti inclinati.
• Le stringhe di circa 10–12 moduli sono necessarie per soddisfare la tensione nominale dell'inverter. È fondamentale considerare che l'Isc tipico si attesta intorno ai 9–11 A e il Vmp tra i 30–40 V.
• Gli inverter utilizzati possono essere di tipo stringa o ibrido, con marche come SMA, Fronius o Huawei particolarmente affidabili.
• L'impianto include anche un quadro DC con sezionatori, un quadro AC con interruttore magnetotermico e differenziale, e un contatore di produzione e POD.
• L'aspetto della sicurezza e delle protezioni prevede l'impiego di fusibili di stringa adeguati e sezionatori DC sia in uscita dai pannelli che all'ingresso dell'inverter. Sono richiesti SPD su entrambi i lati DC e AC, nonché un interruttore differenziale di tipo A o EV con curve di taratura adatte alla corrente continua e alternata.
• È importante scegliere cavi che garantiscano una caduta di tensione inferiore al 2–3% sia in corrente continua che alternata.
• In caso di ombreggiamento parziale, è consigliato l'uso di ottimizzatori.
• Nella prospettiva di integrare l'impianto con il riscaldamento e gli elettrodomestici, è previsto l'inserimento di una gestione dei carichi e di contatori secondari per una logica di demand-side management (DSM).

4. Schema Elettrico negli Impianti Fotovoltaici con Accumulo

Gli impianti fotovoltaici con accumulo offrono una serie di vantaggi che li rendono particolarmente attraenti per coloro che desiderano ottimizzare l'efficienza energetica domestica. Tra i principali benefici si evidenzia l'aumento dell'autoconsumo, che può superare il 70–90%, migliorando significativamente l'indipendenza energetica. Inoltre, la capacità di backup in caso di blackout rappresenta un ulteriore pregio, garantendo continuità di servizio anche in situazioni di interruzione della rete elettrica.

Tuttavia, questi benefici sono bilanciati da svantaggi, come il costo aggiuntivo significativo, che può variare da €600 a €1.500 per kWh. La gestione di un sistema di accumulo richiede una complessa gestione del Battery Management System (BMS), oltre alla necessità di dedicare spazio e garantire una ventilazione adeguata per il corretto funzionamento del sistema.

Quali sono gli elementi fondamentali nello schema elettrico di un impianto fotovoltaico con accumulo?

Lo schema elettrico di un impianto fotovoltaico con accumulo è composto da diversi elementi essenziali che ottimizzano la gestione dell'energia e garantiscono la sicurezza e l'efficienza dell'intero sistema.

I componenti chiave includono la batteria e il sistema BMS (Battery Management System), che svolgono un ruolo cruciale nella gestione e stabilizzazione dell'energia immagazzinata.

È fondamentale anche la presenza di un inverter ibrido, essenziale per convertire l'energia e garantirne la distribuzione efficace. Per assicurare un funzionamento continuo, specialmente in modalità di backup, è indispensabile integrare l'interruttore di trasferimento automatico (ATS).

Per quanto riguarda le misure di sicurezza e protezioni, l'integrazione di fusibili batterie e sezionatori DC è necessaria per una gestione sicura del flusso di energia. Gli interblocchi per l'isolamento sicuro permettono interventi di manutenzione in sicurezza, mentre i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD), sia lato batteria sia lato rete, prevengono danni da picchi di corrente. È inoltre cruciale garantire protezioni termiche e una ventilazione adeguata per mantenere gli armadi batteria in condizioni ottimali, prevenendo sovraccarichi termici che potrebbero compromettere la durata e la sicurezza del sistema.

Infine, i sistemi di monitoraggio offrono una chiara visione dello stato della batteria e delle prestazioni complessive del sistema, assicurando che l'intero sistema operi al massimo dell'efficienza e sicurezza.

Come dimensionare correttamente un sistema di batterie per un impianto fotovoltaico?

Il dimensionamento delle batterie per un impianto fotovoltaico è un aspetto chiave per ottimizzare l'autoconsumo e garantire un supporto di backup efficace. Quando si sceglie un sistema di batterie, è fondamentale considerare le diverse tipologie di accumulatori e i loro dati di performance. Ad esempio, per impianti da 6 kW, è consigliato utilizzare batterie con una capacità compresa tra 5 e 15 kWh per migliorare l'autoconsumo e fornire un backup affidabile.

Tra le principali categorie di batterie troviamo le batterie LiFePO4, note per la loro maggiore sicurezza e una durata di oltre 6.000 cicli per alcune tipologie, le batterie NMC e quelle al Piombo-acido, il cui uso è generalmente limitato.

L'efficienza di ciclo, che indica il rapporto tra l'energia recuperata e quella immessa nelle batterie, si attesta tra l'85% e il 95% per le batterie al litio, comprese le LiFePO4.

È importante considerare anche la profondità di scarica consigliata (DoD), che per le batterie LiFePO4 è compresa tra l'80% e il 90%, e la perdita di capacità, generalmente pari a circa il 2-3% all'anno se le batterie sono gestite correttamente.

5. Progettare lo Schema Elettrico di un Impianto Fotovoltaico Off-Grid

Un impianto fotovoltaico off-grid si distingue per essere un impianto elettrico isolato dalla rete pubblica, che opera in completa autonomia. Questo tipo di sistema richiede un'attenta progettazione per garantire che l'energia generata e immagazzinata soddisfi pienamente le esigenze dell'utente, senza la possibilità di compensare eventuali carenze attraverso la rete elettrica convenzionale.

Per progettare correttamente un impianto off-grid, è essenziale determinare il corretto dimensionamento dell'energia generata e immagazzinata. Questo calcolo si basa sulle esigenze energetiche quotidiane e sul periodo di autonomia desiderato, che potrebbe variare a seconda delle specifiche necessità dell'utente.

Quali sono le componenti essenziali e le configurazioni per un sistema off-grid?

Nel contesto dei sistemi off-grid, le componenti essenziali includono pannelli fotovoltaici, regolatori MPPT, banchi batterie con BMS e inverter ad onda sinusoidale. Inoltre, un generatore di backup opzionale è spesso integrato per garantire autonomia.

Per quanto riguarda la protezione e sicurezza del sistema off-grid, l'inclusione di interruttori di carico e protezioni contro sovraccarico e profondità di scarica è cruciale. Inoltre, i sistemi di gestione BMS, protezioni per ritorni di corrente, un'adeguata messa a terra (PE) e sezionamento per la manutenzione assicurano la sicurezza operativa e la longevità del sistema.

Il dimensionamento energetico implica il calcolo del fabbisogno giornaliero in kilowattora e la scelta dell'autonomia desiderata, solitamente tra 2 e 5 giorni.

Per quanto riguarda le tensioni e configurazioni, l'uso di 48 V è consigliato per ridurre le correnti e le sezioni dei cavi. Nei sistemi di dimensioni maggiori, è opportuno utilizzare stringhe DC multiple e configurazioni di inverter centralizzati o modulari, secondo la scala operativa del sistema.

6. Vantaggi dello Schema Elettrico Unifilare in Impianti Fotovoltaici

Lo schema unifilare è una rappresentazione grafica semplificata che descrive le connessioni elettriche e le protezioni dell'impianto fotovoltaico. Questa semplificazione è particolarmente utile nelle comunicazioni tecniche e nelle pratiche amministrative, offrendo un metodo chiaro per visualizzare complessi sistemi elettrici in un formato facilmente interpretabile dai professionisti del settore.

Esso consente una valutazione rapida dei costi e dei rischi, facilitando la comparazione tra diverse proposte tecniche. Aspetti come il numero di stringhe, la tipologia di inverter e la presenza di sistemi di accumulo possono essere rapidamente confrontati, guidando il committente verso decisioni più informate ed efficaci nel settore degli impianti fotovoltaici.

La sua chiarezza facilita la verifica della selettività e dei calcoli di cortocircuito, elementi cruciali per mantenere un impianto efficiente e sicuro.

Inoltre, l'utilizzo di schemi unifilari aiuta a ridurre i tempi necessari per ottenere la conformità e l'approvazione da parte dell'ente distributore o del GSE, accelerando così l'intero processo di inaugurazione e gestione di un impianto fotovoltaico.

Quali sono i componenti essenziali e la simbologia utilizzata?

• Identificazione dei componenti: Includere il tipo e il modello specifico è fondamentale per garantire una comprensione completa del sistema.
• Valori nominali: Informazioni relative a valori nominali come Icn, Vnom e Pmax sono essenziali per valutare correttamente le capacità tecniche dei componenti elettrici.
• Protezioni con tarature: Indicare le protezioni installate e le loro tarature è cruciale, poiché ciò determina la sicurezza e l'affidabilità del sistema.
• Sezioni cavi: Scegliere sezioni cavi adeguate è fondamentale per minimizzare le perdite di potenza e garantire l'efficienza del circuito.
• Cadute di tensione: Monitorare e calcolare le cadute di tensione previste aiuta a prevenire problemi di inefficienza energetica e malfunzionamenti.
• Punti di misura (contatori POD): I contatori, noti come POD, sono essenziali per misurare accuratamente il consumo energetico e per la gestione operativa del sistema.
• Simbologia CEI/IEC: L'uso coerente delle simbologie CEI/IEC garantisce un'identificazione chiara e standardizzata di polarità DC, sezionatori DC, SPD, terra (PE) e differenziali, componenti essenziali per l'integrità del sistema.