Inverter

Gli inverter sono apparati elettronici in grado di effettuare la conversione tra la potenza fornita dal generatore fotovoltaico, sotto forma di corrente continua, in potenza elettrica compatibile con la tensione e la frequenza della rete elettrica. Questa definizione si applica agli inverter per il funzionamento in parallelo alla rete, che sono concettualmente e funzionalmente differenti dagli inverter per applicazioni isolate.

Negli inverter per servizio in parallelo alla rete, i circuiti di ingresso non hanno come riferimento la tensione delle batterie, non più presenti, ma quella del generatore fotovoltaico. Questo comporta l’adattamento a variazioni molto più ampie ed inoltre richiede un circuito inseguitore del punto di massima potenza o Maximum Power Point Tracker (MPPT) sulla curva caratteristica I-V del generatore stesso. Spesso questa ricerca viene effettuata per tentativi mediante piccoli spostamenti, ad intervalli ravvicinati, del punto di lavoro sulla curva caratteristica I-V.

Metodo di ricerca del punto di massima potenza dell’array fotovoltaico

La finestra di tensione di ingresso degli inverter per il funzionamento in parallelo alla rete elettrica deve tenere conto delle possibili variazioni della tensione di ingresso per l’effetto congiunto delle differenti condizioni di irraggiamento e delle variazioni termiche.

La combinazione di questi fattori fa sì che il rapporto tra la tensione minima e quella massima di ingresso per gli inverter commerciali sia dell’ordine di 1 : 2, per spingersi in qualche caso a 1 : 3 o verso rapporti ancora maggiori.
Le tensioni corrispondenti possono essere estremamente variabili: si parte da valori non superiori a 50 ÷ 100 V per i moduli con inverter integrato fino a spingersi frequentemente verso tensioni massime di 400 ÷ 600 V per i piccoli inverter e 800 ÷ 900 V per i grandi convertitori.

Tanto maggiore è la tensione di ingresso, tanto minore è il numero di stringhe di moduli necessario ad ottenere la stessa potenza, permettendo, allo stesso tempo, di diminuire la sezione e il numero dei cablaggi. Tuttavia non è conveniente avvicinarsi troppo alla tensione massima di isolamento dei moduli fotovoltaici indicata dal costruttore, la quale spesso è compresa tra 600 e 1000 V.

Riguardo ai circuiti di uscita, poiché tensione e frequenza sono imposti dalla rete, l’inverter deve sincronizzarsi con quest’ultima e comportarsi come un generatore pressoché ideale di corrente alternata. Qualora la rete dovesse venire a mancare, anche solo per brevi periodi, l’inverter deve scollegarsi prontamente al fine di evitare di alimentare i carichi con valori di tensione e frequenza non idonei e generare situazioni di pericolo.

Attualmente, i moderni inverter utilizzano la commutazione ad alta frequenza con impulsi di durata variabile. Questa tecnica è detta PWM (Pulse Width Modulation) e consente di limitare il contenuto armonico al di sotto dei limiti imposti dalle norme di compatibilità elettromagnetica.

Le potenze commercialmente disponibili per gli inverter per servizio in parallelo alla rete partono da taglie di circa 100 watt, tipiche dei convertitori per moduli AC, i quali spesso possono essere fissati sul retro dei moduli stessi e inseriti direttamente in una presa elettrica.

Vi è poi una fascia di prodotti la cui potenza di uscita parte da poco meno di 1 kW e arriva a circa 6 kW. Si tratta di inverter monofase, in genere molto versatili, che possono essere usati singolarmente o in configurazioni costituite da più unità la cui uscita è collegata in parallelo in una rete monofase o trifase (nel secondo caso collegandoli a stella, cioè in parallelo alle singole fasi).

Gli inverter trifasi hanno invece potenze che variano da circa 10 kW, per arrivare fino a 1 MW.

Strutture di sostegno

Ai fini di una corretta progettazione, è importante la scelta delle tipologie di strutture di sostegno da abbinare ai moduli, in modo da poter garantire diversi livelli di integrazione architettonica.
Ad esempio, nell’adattamento di una facciata a doppia pelle ventilata o nell’utilizzo dei laminati fotovoltaici in vetrocamera è necessario predisporre strutture appositamente dimensionate, per le quali si può assumere come indicativo un costo intorno ai 400-800 €/kWp, aggiuntivo rispetto a quello dei soli moduli.

Strutture di sostegno per moduli fotovoltaici integrati in facciata

Se le facciate, che costituiscono l’ambito applicativo di maggiore visibilità,  rappresentano anche le realizzazioni più costose, le installazioni in copertura si dimostrano generalmente associate a spese più contenute. Per realizzare la completa integrazione si può ricorrere a sistemi da rivestimento continuo, del tipo a curtain wall, impiegati su falde inclinate in sostituzione  del manto di rivestimento esterno.
Secondo questa soluzione, i moduli fotovoltaici sono inseriti in strutture metalliche a montanti e traversi, per le quali si può considerare un costo intorno ai 200-400 €/kWp.
Per realizzazioni di tipo più tradizionale, ad esempio su tetti in coppi o tegole, si ricorre invece a moduli specifici, che sostituiscono gli elementi in laterizio, o a componenti integrati (modulo+tegola), completati da lattonerie ed elementi di fissaggio e di raccordo.

Strutture di sostegno con moduli fotovoltaici integrati per coperture in coppi

È, inoltre, possibile impiegare appositi sistemi di aggancio e staffatura, a seconda dei casi, per sostituire o sovrapporre i moduli al manto di copertura con extracosti delle strutture limitati (200-300 €/kWp).

Strutture di sostegno per impianti sovrapposti a coperture inclinate

In alternativa, in presenza di coperture inclinate in lamiera aggraffata, si possono impiegare elementi costituiti da un supporto in lamiera su cui viene incollato un modulo in silicio amorfo, ottenendo un manto di copertura leggero e abbastanza flessibile.

Copertura realizzata con moduli in silicio amorfo a tripla giunzione applicati ad elementi in lamiera aggraffata

I moduli flessibili in silicio amorfo possono essere utilizzati anche in sistemi multistrato a guaina, in cui viene realizzato un manto completo di rivestimento (che quindi rientra nella categoria dell’integrazione architettonica), con funzione di impermeabilizzazione ed eventualmente anche di coibentazione.
Nel caso in cui non sia possibile, o non sia richiesto, un risultato estetico-architettonico di livello elevato, una soluzione molto diffusa ed economica consiste nel fissare i moduli a strutture di supporto metalliche a cavalletto oppure sagomate in PVC, che vengono posizionate a piacimento, generalmente su coperture piane. In questi casi l’integrazione architettonica non è verificata o può essere, al limite, solo parziale, ma i prezzi sono decisamente interessanti (300-600 €/kWp per quanto riguarda i supporti).

Strutture di sostegno per impianti installati su coperture piane

Vanno citate infine le strutture da utilizzare per centrali poste su terreno aperto, che possono essere ancora mediante plinti di fondazione o per infissione nel terreno.

Strutture di sostegno per impianti installati su terreno aperto