Schema di un Impianto Fotovoltaico: Guida Completa
Diversi impianti elettrici sono accompagnati dai relativi schemi elettrici.
Si tratta, molto semplicemente, della rappresentazione tramite simboli convenzionali del circuito elettrico o elettronico sottostante quell’impianto.
Anche per l’impianto fotovoltaico è necessario prevedere un apposito schema per consentire una corretta progettazione e installazione e per permettere un regolare allaccio alla rete elettrica.
Lo schema di un impianto elettrico deve garantire non solo il giusto allacciamento alla rete elettrica ma anche l’adeguato utilizzo dell’energia prodotta da quell’impianto.
In base alla tipologia di impianto, infatti, non tutta l’energia elettrica prodotta verrà immessa nella rete.
Nell’ottica dell’autoconsumo, infatti, l’impianto fotovoltaico può consentire di utilizzare l’energia autoprodotta per alimentare immediatamente gli impianti collegati alla rete domestica.
Questo comporta che il contatore non conteggerà questa energia determinando un risparmio sui costi delle bollette energetiche.
Per questo motivo lo schema di un impianto elettrico deve misurare e indicare la quantità di energia che verrà prodotta dall’impianto, quella che verrà immessa in rete e quella che, invece, verrà prelevata dalla rete.
La complessità di redazione di uno schema per un impianto fotovoltaico dipende, ovviamente, anche dalla potenza dell’impianto; minore sarà la potenza maggiore sarà la semplicità dello schema in virtù di una minore quantità di componenti presenti.
- Indice articolo
- Componenti fondamentali di un impianto fotovoltaico
- Pannelli fotovoltaici: funzionamento e tipologie
- Sezionatore fotovoltaico
- Inverter: il cuore dell’impianto e le sue funzioni
- Cablaggio e connessioni: come vengono collegati i componenti
- Contatore fotovoltaico
- Schema elettrico di base di un impianto fotovoltaico
- Schema di collegamento dei pannelli fotovoltaici
- Schema dell’inverter fotovoltaico
- Schema funzionale dell’impianto fotovoltaico
- Schema di un impianto fotovoltaico da 3 kW
- Schema di montaggio dell’impianto fotovoltaico
- Schemi elettrici specifici
- Domande frequenti sugli schemi degli impianti fotovoltaici
Componenti fondamentali di un impianto fotovoltaico
A proposito di componenti: i principali che compongono lo schema di un impianto di media potenza sono:
- Pannelli fotovoltaici
- Sezionatore
- Inverter fotovoltaico
- Cablaggi
- Connessioni
- Contatore.
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Pannelli fotovoltaici: funzionamento e tipologie
L’insieme dei moduli fotovoltaici presenti in un impianto prende il nome di campo fotovoltaico.
In un impianto di media potenza, da 3 kW, occorrono generalmente dai 13 ai 15 moduli collegati in serie tra loro.
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Lo schema dell’impianto oltre a prevedere l’indicazione dei pannelli fotovoltaici riporta anche il collegamento di questi con il sezionatore.
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Sezionatore fotovoltaico
Il sezionatore fotovoltaico è un sistema di sicurezza che consente di scollegare i pannelli fotovoltaici in caso di necessità (come gli interventi di manutenzione sull’impianto o quelli sulla rete).
Va previsto in conformità alla norma CEI 64-8 e permette di preservare l’impianto in presenza di scariche atmosferiche o picchi di tensione scollegando l’impianto.
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Inverter: il cuore dell’impianto e le sue funzioni
Tra i componenti più importanti di uno schema fotovoltaico troviamo sicuramente l’inverter.
È il dispositivo che trasforma la corrente continua in corrente alternata.
Oltre alla conversione della corrente l’inverter adatta la tensione e la frequenza dell’energia prodotta dai pannelli solari in modo che corrisponda alle specifiche tecniche della rete elettrica e si occupa di massimizzare l’energia monitorando le prestazioni e prevedendo sistemi di sicurezza da cortocircuiti e sovratensioni.
In commercio esistono diverse tipologie di inverter: quelli centralizzati, i microinverter e gli inverter ibridi.
Gli inverter centralizzati sono adatti per gestire gruppi di pannelli collegati in serie (stringhe), mentre quelli modulari (microinverter) vengono installati su ogni singolo pannello in modo da convertire immediatamente la corrente da continua ad alternata offrendo una maggiore efficienza e controllo.
Infine gli inverter ibridi (multifunzione) funzionano sia come inverter che come sistemi di accumulo in modo da immagazzinare, appena prodotta, l’energia elettrica.
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Cablaggio e connessioni: come vengono collegati i componenti
Tutti i componenti dell’impianto fotovoltaico prevedono diversi sistemi di connessione, specialmente cavi e cablaggi.
È importante, fondamentale, scegliere connettori compatibili e di qualità in quanto dovranno gestire tensioni elevate, essere esposti agli agenti atmosferici e sopportare diverse sollecitazioni.
Va quindi individuato la tipologia di connettore più adatta preferendo quelli della stessa marca e modello per ogni coppia di connettori e prevedere, in fase di installazione, una crimpatura corretta (l’operazione di collegamento tra un cavo elettrico e un connettore).
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Contatore fotovoltaico
L’impianto fotovoltaico prevede un contatore di produzione destinato a misurare l’energia prodotta, sia quella autoconsumata che quella immessa nella rete.
Per alcune tipologie di impianto fotovoltaico può essere previsto un contatore bi-direzionale che immagazzina l’energia che non viene utilizzata sul momento.
Questo contatore misura il flusso di elettricità immessa nella rete e quella prelevata consentendo la formula dello Scambio sul posto.
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Schema elettrico di base di un impianto fotovoltaico
Per comprendere meglio lo schema di un impianto fotovoltaico è necessario saperlo leggere, acquisendo il significato dei simboli e degli elementi utilizzati convenzionalmente per descrivere i vari componenti e connessioni.
Le principali convenzioni grafiche sono i collegamenti tra i terminali (rappresentati tramite linee), i valori di tensione e gli incroci tra due linee evidenziati da un punto.
Per leggere uno schema elettrico è necessario anche saper individuare i “percorsi”, ovvero le reti di componenti che svolgono la medesima funzione.
I simboli elettrici utilizzati possono essere unifilari o funzionali.
Quelli unifilari rappresentano il percorso che compie ogni cavo elettrico; quelli funzionali utilizzano simboli utili per indicare il funzionamento delle apparecchiature (deviatore, differenziale, deviatore, fusibile, pulsante, invertitore, eccetera).
Vi è poi una distinzione cromatica dei fili per cui quelli di colore rosso, blu o nero sono i cavi attraverso i quali passa la corrente alimentatrice; i cavi di colore verde sono quelli che scaricano a terra e i cavi di colore bianco sono invece neutri. Infine per la descrizione della tensione elettrica si utilizza la lettera V.
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Schema di collegamento dei pannelli fotovoltaici
Il collegamento dei pannelli solari in un impianto fotovoltaico può essere in serie o in parallelo.
Il collegamento in serie il terminale positivo di ogni pannello viene collegato al terminale negativo di quello successivo e la tensione totale del circuito è costituita dalla somma delle tensioni di ogni singolo pannello.
Il principale vantaggio di questo tipo di collegamento è dato dall’aumento della tensione riducendo le perdite di corrente e perché spesso si rivela la soluzione fisica migliore e più adatta alla configurazione dell’edificio.
Il collegamento in parallelo, invece, prevede che i terminali positivi vengano collegati tra loro così come avviene per quelli negativi.
In questo modo la tensione totale del circuito rimane la stessa assicurando un aumento della corrente maggiore rispetto a quella in serie, con una migliore tolleranza all’ombreggiamento (un pannello ombreggiato o con problemi di funzionamento non incide sul funzionamento degli altri pannelli) e con una riduzione del rischio di aumento di tensione e una maggiore semplicità di installazione.
Di contro, specialmente negli impianti nei quali i pannelli sono molto distanziati tra loro, il collegamento in parallelo espone a una maggiore perdita di corrente.
Per il calcolo della potenza e dell’efficienza dello schema di collegamento dei pannelli fotovoltaici di seguito degli esempi:
Collegamento in Serie:
Configurazione: I terminali positivi e negativi dei pannelli sono collegati in sequenza.
Caratteristiche:
- Aumento della tensione totale.
- La corrente rimane costante attraverso il circuito.
Esempio di calcolo:
- Dati: Supponiamo di avere 3 pannelli, ognuno con una tensione di 12V e una corrente di 5A.
- Formula: Tensione totale = Tensione pannello 1 + Tensione pannello 2 + Tensione pannello 3. (La corrente rimane costante come quella di un singolo pannello perché è in serie.)
- Risultato: Tensione totale = 12V + 12V + 12V = 36V. Corrente totale = 5A (invariata).
Collegamento in Parallelo:
Configurazione: Tutti i terminali positivi e tutti i terminali negativi sono collegati insieme.
Caratteristiche:
- La tensione rimane costante, uguale a quella di un singolo pannello.
- Aumento della corrente totale.
Esempio di calcolo:
- Dati: Supponiamo di avere 3 pannelli, ognuno con una tensione di 12V e una corrente di 5A.
- Formula: Corrente totale = Corrente pannello 1 + Corrente pannello 2 + Corrente pannello 3. (La tensione rimane costante come quella di un singolo pannello perché è in parallelo.)
- Risultato: Corrente totale = 5A + 5A + 5A = 15A. Tensione totale = 12V (invariata).
Calcolo dell’Efficienza:
Esempio di calcolo:
Dati: Supponiamo che l’inverter eroghi 380W e la potenza totale fornita dai pannelli solari sia 400W.
Formula: Efficienza = (Potenza in uscita dall’inverter / Potenza totale dei pannelli solari) * 100%.
Risultato: Efficienza = (380W / 400W) * 100% = 95%.
Questi esempi illustrano come i diversi metodi di collegamento influenzino la tensione e la corrente in un sistema fotovoltaico e come si calcola l’efficienza del sistema basandosi sulla potenza in uscita.
Ricorda, questi sono calcoli semplificati e una progettazione reale potrebbe richiedere considerazioni più complesse a seconda delle specifiche del sistema.
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Schema dell’inverter fotovoltaico
Abbiamo visto come l’inverter sia uno dei componenti più importanti e indispensabili per il funzionamento dell’impianto fotovoltaico.
Esso converte la corrente elettrica continua prodotta dai pannelli solari in corrente elettrica alternata adeguando la frequenza e la tensione in modo da poter immettere la corrente nella rete elettrica.
I principali componenti dello schema dell’inverter fotovoltaico sono il modulo di conversione DC-DC che ha la funzione di convertire la bassa tensione continua prodotta dai pannelli solari in una tensione continua più stabile regolando la corrente e la tensione in funzione dei livelli richiesti dall’inverter.
Vi è poi l’inverter a ponte completo, l’inverter vero e proprio, che converte la corrente continua (DC) in corrente alternata (AC) tramite un sistema di transistor e interruttori.
È poi presente un sistema di controllo che gestisce il funzionamento dell’inverter controllando i transistor monitorando la tensione e la corrente in ingresso per ottenere la corrente alternata in uscita desiderata.
Per eliminare eventuali disturbi durante la conversione è presente anche un filtro che elimina le componenti indesiderate dalla forma d’onda in uscita.
Infine troviamo un sistema di controllo e monitoraggio che verifica il funzionamento dell’inverter analizzando tutti i parametri implementando in caso di malfunzionamenti diverse misure di sicurezza.
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Schema funzionale dell’impianto fotovoltaico
Dal punto di vista operativo un impianto fotovoltaico funziona in maniera molto semplice: i pannelli solari producono energia elettrica continua (DC) che viene convertita in corrente alternata (AC) dall’inverter in modo da renderla utilizzabile all’interno dell’abitazione.
Tra i componenti essenziali dello schema funzionali dell’impianto fotovoltaico va considerato il quadro elettrico che collega l’inverter con la rete elettrica dell’edificio integrando dispositivi di protezione (fusibili, interruttori, eccetera).
Tutto questo è possibile in quanto la luce solare che colpisce i pannelli genera una corrente continua che viene poi convertita e introdotta nella rete o, in caso di surplus, immessa nella rete elettrica.
L’efficienza di un impianto fotovoltaico è data dalla capacità di convertire l’energia solare in energia elettrica utilizzabile.
Questo processo non è diretto ed è oggetto di diversi fattori come le persone nel sistema e la capacità dei pannelli e dell’inverter, tanto che si stima che l’efficienza dei moderni impianti fotovoltaici si attesti tra il 15% e il 20%.
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Schema di un impianto fotovoltaico da 3 kW
Lo schema elettrico di un impianto fotovoltaico da 3 kW è quello standard che prevede i pannelli fotovoltaici, il sezionatore, l’inverter, i collegamenti e il contatore di produzione.
Molto importante per garantire il funzionamento e il massimo dell’efficienza dell’impianto solare si rilevano il posizionamento e l’orientamento dei pannelli.
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Data la tecnologia alla base del funzionamento dei pannelli solari è indispensabile che questi siano orientati verso sud o, dove non possibile, tra est e ovest.
Parallelamente va valutato l’angolo di inclinazione (per gli impianti fissi e senza inseguitore solare) che per una resa ottimale dovrebbe essere simile alla latitudine della località in cui ci si trova.
Inoltre bisogna valutare un eventuale ombreggiamento che possa condizionare l’efficienza del singolo pannello solare anche alla luce della distanza tra i singoli pannelli.
Ciascuna di queste valutazioni deve anche tenere conto delle caratteristiche metereologiche del luogo in cui ci si trova, dell’inquinamento atmosferico e di eventuali normative locali che possono incidere sulle modalità di installazione di un impianto fotovoltaico.
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Schema di montaggio dell’impianto fotovoltaico
L’installazione vera e propria dell’impianto fotovoltaico inizia dalla sua progettazione preceduta da un sopralluogo e da un’attenta valutazione di tutti i fattori che abbiamo precedentemente visto.
Quindi si procede al posizionamento dei supporti e dei telai sul tutto o sul terreno sui quali andranno poi fissati i pannelli solari tramite apposite staffe e bulloni.
Viene quindi predisposto il collegamento dei vari componenti tramite i rispettivi cavi e cablaggi avendo cura di utilizzare la stessa tipologia di connettori.
Si procede quindi all’installazione dell’inverter in una zona areata e protetta, generalmente in una posizione riparata all’interno dell’edificio.
Quindi si collega l’inverter ai pannelli tramite l’apposito cablaggio e in prossimità dell’inverter si installa il quadro elettrico rispettando le specifiche dell’impianto e le normative di legge.
Imprescindibile è poi il sistema di messa a terra per garantire la stabilità elettrica e la sicurezza dell’impianto così come, se previsto, il collegamento alla rete elettrica nazionale.
L’ultimo step prevede la configurazione dell’inverter e i test sul funzionamento dell’intero impianto prima di metterlo in funzione.
Per un montaggio sicuro ed efficiente è indispensabile ricorrere a componenti (anche per quel che riguarda cavi e connettori) di qualità così come a sistemi di ancoraggio affidabili e sicuri.
In generale il ricorso a professionisti specializzati è sempre la soluzione migliore anche per l’installazione di ogni componente dell’impianto fotovoltaico.
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Schemi elettrici specifici
Abbiamo visto come lo schema elettrico per gli impianti domestici preveda essenzialmente i pannelli solari, il sezionatore, l’inverter, i cablaggi, il sistema a terra, il quadro elettrico e il contatore.
Per gli impianti di dimensioni maggiore lo schema elettrico può prevedere in aggiunta un inverter di stringa, un quadro di combinazione per aggregare i pannelli e sistemi di monitoraggio avanzati.
È presente anche uno schema elettrico dettagliato dell’inverter che si compone del modulo di conversione, dell’inverter a ponte, del sistema di controllo, del filtro, del sistema di monitoraggio e degli altri componenti che ne determinano il funzionamento.
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Domande frequenti sugli schemi degli impianti fotovoltaici
Di seguito alcune domande sull’argomento che ci fanno più spesso:
1. Qual è la differenza tra uno schema a blocchi e uno schema elettrico?
Quando si parla di schemi di un impianto fotovoltaico è doveroso distinguere tra schema a blocchi e schema elettrico.
Lo schema a blocchi è un diagramma che graficamente rappresenta le relazioni dei vari componenti.
Lo schema elettrico, invece, è una rappresentazione dettagliata di un circuito elettrica. si differenziano tra loro per il livello di dettaglio (lo schema elettrico offre una visione più specifica) per la rappresentazione dei componenti (lo schema elettrico utilizza simboli convenzionali mentre lo schema a blocchi dei riquadri per rappresentare i componenti e le loro funzioni) e per le finalità (lo schema a blocchi mostra la struttura generale mentre lo schema elettrico quella dettagliata dei circuiti elettrici).
2. Come posso calcolare l’efficienza del mio impianto basandomi sullo schema?
L’efficienza di un impianto si misura dal rapporto tra l’energia prodotta dall’impianto e quella consumata dall’edificio.
È doveroso tenere conto dell’energia effettivamente prodotta al netto di eventuali limitazioni (come l’ombreggiamento o la perdita dei componenti elettrici) e il calcolo di quella realmente consumata dall’edificio.
3. Quali precauzioni devo prendere durante l’installazione?
L’installazione di un impianto fotovoltaico non è una procedura semplice.
Bisogna innanzitutto prevedere l’utilizzo di corde, cinture e sistemi di sicurezza individuali e strutture adeguate per l’accesso al tetto sul quale andrà fissato l’impianto.
È quindi indispensabile assicurarsi che la superficie sia stabile e adeguata a ospitare (anche dal punto di vista dimensionale e di peso) la struttura dell’impianto.
Per procedere al montaggio va poi posta attenzione all’elettricità statica e alle scariche elettriche (toccando superfici metalliche per scaricare le cariche statiche), al rischio incendio, all’isolamento delle connessioni e dei cablaggi elettrici e dalla predisposizione di sistemi a terra adeguati.
La materia dello schema di un impianto fotovoltaico è per molti aspetti complessa e richiede una certa familiarità per approcciarvisi in maniera chiara e comprensibile.
Sono tanti e di vitale importanza gli elementi coinvolti e una valutazione non professionale pregiudica il funzionamento e la reale efficienza dell’impianto.
Ecco perché il ricorso a un esperto del settore (una ditta specializzata o un progettista qualificato) è fondamentale per valorizzare l’investimento sostenuto e rendere l’impianto fotovoltaico realmente una scelta conveniente.
Se hai bisogno di assistenza FotovoltaicoIN ti offre la possibilità di entrare in contatto con i migliori professionisti della tua zona con i quali confrontarti sia per l’installazione che per la manutenzione del tuo prossimo impianto fotovoltaico.
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Redazione
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