Come dimensionare un quadro combinatorio solare per impianti di potenza da 1,5 MW: checklist per le correnti dei fusibili, la portata amperometrica delle sbarre e la caduta di tensione

Linee guida essenziali per il dimensionamento dei cabinet combinatori solari in applicazioni su scala industriale

Il successo di un impianto solare di potenza da 1,5 MW dipende fortemente dal corretto dimensionamento dei cabinet combinatori solari . Questi componenti critici fungono da punti centrali di raccolta per più stringhe fotovoltaiche, rendendo la loro corretta specifica fondamentale per le prestazioni e la sicurezza del sistema. Nella scelta delle dimensioni di un quadro di parallelo solare, gli ingegneri devono considerare attentamente diversi parametri tecnici, tra cui la tensione massima del sistema, le correnti di cortocircuito nominali e i fattori ambientali che influenzano l'installazione.

Un quadro di parallelo solare ben progettato non solo garantisce una raccolta ottimale dell'energia, ma offre anche funzioni essenziali di protezione che tutelano il vostro investimento. Questa guida completa vi illustrerà gli aspetti fondamentali per dimensionare i quadri di parallelo in installazioni su scala industriale, aiutandovi ad evitare errori comuni e a massimizzare l'efficienza del sistema.

Comprensione dei componenti e delle specifiche del quadro di parallelo solare

Componenti principali di un quadro di parallelo solare

L'armadio combinatorio solare ospita diversi componenti essenziali che lavorano insieme per raccogliere e proteggere in modo efficiente i circuiti delle stringhe fotovoltaiche. La barra principale funge da punto di raccolta dell'energia, mentre i fusibili forniscono la protezione contro le sovracorrenti per ciascuna stringa. Altri componenti includono dispositivi di protezione contro le sovratensioni, sistemi di sezionamento e apparecchiature di monitoraggio, quando specificati.

Il grado di protezione dell'involucro dell'armadio deve corrispondere all'ambiente di installazione, richiedendo tipicamente un rating NEMA 4X o superiore per installazioni esterne. La disposizione interna deve favorire un'idonea dissipazione del calore e garantire uno spazio di lavoro adeguato al personale addetto alla manutenzione.

Specifiche tecniche e requisiti di rating

Nella selezione di un quadro combinatorio solare, è necessario valutare diverse caratteristiche fondamentali. La tensione massima del sistema deve superare la tensione a vuoto più elevata possibile nel sistema, inclusi gli aumenti di tensione legati alla temperatura. Le correnti nominali di sbarre e morsetti devono supportare il 125% della corrente continua massima secondo i requisiti NEC.

Devono essere effettuati calcoli sulla caduta di tensione attraverso i componenti del quadro combinatorio per garantire l'efficienza del sistema. In generale, la caduta totale di tensione dagli ingressi delle stringhe all'uscita del combinatorio non dovrebbe superare l'1% a pieno carico.

Calcolo delle caratteristiche dei fusibili e dei requisiti di protezione

Metodologia di dimensionamento dei fusibili di stringa

La corretta scelta della dimensione del fusibile inizia con il calcolo della massima corrente nominale di fusibile in serie (MSFR) dei moduli solari utilizzati. Il fusibile selezionato deve proteggere contro la corrente inversa consentendo al contempo il flusso della corrente operativa normale senza ostacoli. Tipicamente, i fusibili vengono dimensionati a 1,56 volte la corrente di cortocircuito del modulo (Isc) per tenere conto dei fattori ambientali.

È necessario considerare la riduzione della capacità in funzione della temperatura nella selezione dei fusibili, poiché la loro capacità di conduzione della corrente diminuisce alle temperature più elevate. Per impianti su scala industriale, la scelta del fusibile deve considerare la temperatura ambiente massima prevista più l'innalzamento termico all'interno dell'armadio.

Coordinamento della Protezione da Sovracorrente

Il coordinamento delle protezioni garantisce che i fusibili intervengano nella sequenza corretta in caso di guasto. La protezione del circuito principale d'uscita deve essere adeguatamente coordinata con i fusibili delle stringhe per mantenere la selettività. Ciò previene interventi intempestivi e consente di isolare il guasto alla sezione più piccola possibile dell'array.

Le moderne cabine combinate solari spesso incorporano funzionalità avanzate di monitoraggio che possono avvisare gli operatori in caso di condizioni di sovracorrente imminenti, prima che sia necessario l'intervento dei fusibili. Questa capacità predittiva contribuisce a mantenere la disponibilità del sistema e a ridurre i costi di manutenzione.

Linee guida per l'ampacità del busbar e il dimensionamento dei conduttori

Requisiti di ampacità del busbar principale

Il busbar principale deve essere dimensionato per gestire la corrente combinata proveniente da tutti gli stringhe collegati, con opportuni margini di sicurezza. Le norme NEC specificano che la corrente continua non deve superare l'80% della capacità nominale del busbar. Per un impianto da 1,5 MW, è fondamentale prestare particolare attenzione alla distribuzione della corrente e alla dissipazione del calore all'interno della cabina.

La scelta del materiale del busbar influisce sia sulla capacità di conduzione della corrente che sui costi. Mentre il rame offre una conducibilità superiore, i busbar in alluminio con placcatura adeguata possono rappresentare una soluzione economica quando siano correttamente dimensionati per l'applicazione.

Considerazioni sui terminali e sui conduttori

La selezione dei terminali deve tener conto sia dei requisiti elettrici che meccanici. I terminali devono essere certificati per la tensione massima del sistema ed essere dimensionati per ospitare la sezione del conduttore scelto. La resistenza meccanica è particolarmente importante nelle installazioni esterne, dove i cicli termici possono sollecitare i collegamenti.

La dimensione dei conduttori all'interno del quadro di parallelo fotovoltaico deve considerare la riduzione della portata dovuta alla temperatura ambiente e al riempimento del tubo protettivo. Tutti i conduttori devono essere scelti in base al 125% della corrente continua massima che dovranno trasportare.

Analisi della Caduta di Tensione ed Efficienza del Sistema

Calcolo della Caduta di Tensione Totale

La caduta di tensione attraverso il quadro di parallelo fotovoltaico influenza l'efficienza complessiva del sistema e deve essere attentamente gestita. La caduta di tensione totale dagli ingressi degli stringhe fino all'uscita del parallelatore deve essere calcolata considerando tutti i punti di connessione e i conduttori. Ciascun punto di connessione contribuisce tipicamente con una caduta di 0,1 a 0,2 volt a pieno carico.

Un software avanzato di modellazione può aiutare a prevedere la caduta di tensione in diverse condizioni operative, consentendo ai progettisti di ottimizzare la selezione dei componenti e il layout per una massima efficienza.

Tecniche di Ottimizzazione dell'Efficienza

Diverse tecniche possono essere impiegate per ridurre al minimo la caduta di tensione e migliorare l'efficienza del sistema. L'utilizzo di conduttori di sezione maggiore rispetto al minimo richiesto, l'adozione di configurazioni di sbarre in parallelo e l'ottimizzazione del percorso dei conduttori possono tutti contribuire a ridurre le perdite. Il costo aggiuntivo del materiale è spesso giustificato da una migliore prestazione del sistema durante tutta la durata dell'installazione.

L'analisi termografica regolare e i test sulla resistenza dei collegamenti aiutano a mantenere un'efficienza ottimale identificando eventuali problemi in fase di sviluppo prima che influiscano significativamente sulle prestazioni.

Considerazioni Ambientali e di Installazione

Strategie di Gestione della Temperatura

Una gestione efficace della temperatura è fondamentale per la durata e le prestazioni del quadro di combinazione solare. La ventilazione del quadro deve essere progettata per mantenere le temperature interne entro limiti accettabili per tutti i componenti. Ciò può richiedere l'uso di aperture di ventilazione, ventole o sistemi di controllo climatico, a seconda della posizione dell'installazione.

I sistemi di monitoraggio della temperatura possono fornire un preavviso di problemi al sistema di raffreddamento o di accumulo termico inatteso, consentendo di effettuare manutenzioni preventive prima che si verifichino danni ai componenti.

Requisiti di installazione fisica

La posizione di montaggio del quadro deve tenere conto dell'accessibilità per la manutenzione, della protezione dai danni fisici e del percorso ottimale dei cavi. Devono essere mantenuti adeguati spazi di manovra intorno al quadro, come richiesto dai codici elettrici. La struttura di supporto deve sostenere il peso del quadro più eventuali carichi aggiuntivi dovuti all'accumulo di ghiaccio o neve nelle installazioni esterne.

La pianificazione dell'installazione deve prevedere spazio per futuri ampliamenti e accesso per la manutenzione. Questo può influenzare la scelta delle dimensioni dell'armadio e della posizione di montaggio.

Domande frequenti

Quali fattori determinano le dimensioni necessarie per un armadio di combinazione solare?

Le dimensioni di un armadio di combinazione solare sono determinate da diversi fattori chiave, tra cui il numero di circuiti di ingresso, la tensione massima del sistema, la capacità di corrente totale richiesta, lo spazio necessario per i dispositivi di protezione e le distanze operative per l'accesso alla manutenzione. Anche le condizioni ambientali e le esigenze future di espansione influiscono sulla scelta delle dimensioni dell'armadio.

Con quale frequenza vanno ispezionati gli armadi di combinazione solare?

Le ispezioni periodiche degli armadi di combinazione solare devono essere effettuate almeno una volta all'anno, con ispezioni più frequenti raccomandate in ambienti difficili. L'analisi termografica, il test della resistenza dei collegamenti e ispezioni visive dei componenti dovrebbero far parte della procedura di manutenzione per garantire prestazioni ottimali e sicurezza.

Quali sono i segni che un quadro di parallelo solare potrebbe essere dimensionato in modo insufficiente?

Gli indicatori comuni di un quadro di parallelo solare sottodimensionato includono temperature interne eccessive, interventi frequenti degli interruttori magnetotermici o dei fusibili, danni termici visibili ai componenti ed una caduta di tensione superiore alle specifiche di progetto. Un monitoraggio regolare può aiutare a identificare questi problemi prima che portino a guasti del sistema.