4.2 Modello elettrico
4.2.1 Modellazione del sistema fotovoltaico con SIMULATION STUDIO
I moduli impiegati nella simulazione del sistema fotovoltaico appartengono alla serie ND della SHARP6: sono composti da 60 celle in silicio policristallino e sono caratterizzati da una potenza di picco pari a 250Wp.
Figura 4.9 Scheda tecnica del modulo fotovoltaico serie ND della SHARP. [26]
Nel calcolo del numero di pannelli fotovoltaici che è possibile installare sopra il piano orizzontale della palazzina sono stati considerati i seguenti parametri:
6 Nelle simulazioni descritte è stato implementato un modello dell’impianto basato a volte su macchinari e componenti esistenti sul mercato. I relativi dati tecnici sono ricavati dalle schede tecniche fornite nei siti ufficiali dei produttori. Tali apparecchi sono assunti come riferimento e non rappresentano in nessun modo l’oggetto dell’analisi. Le prestazioni indicate riguardano il modello nel suo complesso e non i singoli componenti e in nessun caso i risultati ottenuti sono applicabili ai prodotti commerciali indicati.
IMPIANTO ELETTRICO
139 dati geometrici del modulo fotovoltaico;
inclinazione dei moduli (30°);
area utile dell’ultimo piano della palazzina; latitudine (45,407°);
declinazione solare nel solstizio di inverno (δ=-23,45°); altezza solare (HS):
L’altezza solare si calcola secondo l’equazione (4.1):
𝐻𝑆 = 90° − 𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑒 + 𝛿 (4.1)
La distanza B tale per cui non ci sia ombreggiamento tra i vari pannelli nell’istante in cui l’altezza solare è minima, si determina in base la formula (4.2):
𝐵 = 𝑎𝑙𝑡𝑒𝑧𝑧𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 ∗sin(180° − 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 − 𝐻𝑆)
sin(𝐻𝑆) (4.2)
Determinata la distanza necessaria tra le file dei pannelli e conoscendo l’area dei moduli, si è ricavato che ne è possibile installare in totale 80, e perciò sono disponibili 4 moduli per appartamento.
Nel caso studio unifamiliare non sussiste il problema di ombreggiamento tra pannelli perché sono posti alla medesima inclinazione del tetto (15°). Dunque, per la determinazione del numero massimo di moduli installabili è sufficiente eseguire il rapporto tra l’area della falda e l’area del modulo fotovoltaico. Da tale calcolo risultano 37 pannelli per falda, ma per scelta impiantistica ed economica si è deciso di applicarne solo 10 e quindi 20 in totale.
Le Type utilizzate per simulare il sistema fotovoltaico sono:
Type 15-6 :legge dati meteorologici ad intervalli di tempo regolari da un file esterno
presente nella libreria del programma e li rende disponibili ad altri componenti. Type 9a: ha lo scopo di leggere dei dati ad intervalli regolari da un file esterno *.txt.
Questa componente è di natura molto generale e può leggere qualsiasi tipo di dato. Type 94: questo componente modella le performance elettriche di un campo
fotovoltaico. Può essere utilizzato in simulazioni con connessione alla rete, con accoppiamento diretto al carico o che coinvolgono l’impiego si batterie di stoccaggio. Esso impiega l’equazione di un modello empirico di circuito equivalente per predire la caratteristica corrente-tensione del singolo modulo. Questo circuito è costituito da una sorgente di corrente continua, il diodo, e una o due resistenze. I risultati per un singolo modulo sono utilizzati per caratterizzare il comportamento dell’intero campo fotovoltaico. Per pannelli composti da silicio cristallino o policristallino, tale type impiega un modello a “quattro parametri” il cui valore non può essere ottenuto
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direttamente dai cataloghi dei produttori, ma vengono calcolati in modo automatico in base ai dati disponibili.
Type 48a: tale componente modella il comportamento del regolatore e dell’inverter.
Tale blocco lavora secondo Mode 0, il che significa che non può essere impiegato con un sistema di stoccaggio. La potenza in uscita dai moduli fotovoltaici è moltiplicata per l’efficienza dell’inverter e inviata al carico. Quando il carico supera tale valore, la rete fornisce la differenza tra la potenza richiesta dal carico e quella erogata dal sistema fotovoltaico, mentre se è inferiore, la potenza in surplus è riversata nella rete nazionale .
Type 57: è un semplice convertitore.
Type 65c: stampa i dati adimensionali su file esterno e contemporaneamente visualizza
un plotter online con i risultati della simulazione.
Equation: svolgono il ruolo di calcolatrice e permettono di fare dei piccoli calcoli
senza richiamare un foglio excel che appesantirebbe notevolmente lo svolgersi della simulazione.
Si propongono di seguito i modelli per un appartamento e per l’utenza monofamiliare:
a b
Figura 4.10 a) modello del sistema fotovoltaico per un appartamento. b) modello del sistema fotovoltaico per utenza monofamiliare.
I due modelli sono stati configurati nel seguente modo:
Type 15-6: legge i dati Meteonorm da file esterno, relativi alla località di Venezia
Tessera. I parametri inseriti manualmente sono: il numero di superfici esposte verso l’ambiente esterno (1 per la palazzina e 2 per la villetta), l’angolo di inclinazione dei moduli(30° per il condominio e 15° per la villetta) e l’azimuth delle superfici (0° per esposizione a Sud, 90° per esposizione a ovest, e 270° per esposizione a Est).
Type 94:nella sezione relativa ai parametri sono stati inseriti dall’utente:
IMPIANTO ELETTRICO
141 il voltaggio a circuito aperto;
la temperatura e l’insolazione di riferimento;
il voltaggio e la corrente nelle condizioni di massima potenza;
il coefficiente di perdita della corrente di cortocircuito e della tensione a circuito aperto;
il numero di celle;
il numero di moduli in serie e in parallelo;
la temperatura del modulo e dell’ambiente nelle condizioni NOCT l’area del modulo
Per l’appartamento si è deciso di connettere 2 moduli in serie e due in parallelo, mentre per l’utenza monofamiliare sono 5 in serie e 2 in parallelo per ogni falda. Gli input e gli output sono:
INPUT FORNITO DA: OUTPUT VERSO:
Radiazione incidente totale
Type 15-6
Potenza nel punto di
massima potenza Type 48a
Temperatura ambiente Inclinazione modulo Radiazione diretta Radiazione diffusa Angolo di incidenza della radiazione diretta
Voltaggio del carico manualmente
Type 48a: gli ingressi e le uscite da fornire a questa componente sono elencati nella
tabella seguente.
INPUT FORNITO DA: OUTPUT VERSO:
Potenza dal sistema
fotovoltaico Type 48a Potenza in entrata
Type 65c Potenza richiesta dal
carico Type9a Potenza in uscita
Potenza in eccesso ( >0 dalla rete, <0
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