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SISTEMI FOTOVOLTAICI La ricerca sui sistemi fotovoltaici (FV) connessi a rete proseguirà con l'attività di sperimentazione sul campo per il collaudo dei componenti del sistema, la valutazione delle prestazioni di sistema e lo sviluppo di modelli di simulazione. L'attività sperimentale sfrutterà sistemi automatici di misura, basati su scheda di acquisizione dati integrata su PC portatile. Gli strumenti virtuali a disposizione hanno le funzionalità di oscilloscopio a memoria e di multimetro. Si prevede di equipaggiare il sistema automatico di misura, oltre che con sonde di portata superiore, anche con sonde differenziali di tensione aventi bassa resistenza di uscita, per poter sfruttare la scheda di acquisizione a una frequenza di campionamento più elevata di quella attuale (8 kSa/s). I sistemi FV, oggetto dello studio sperimentale, saranno due nuovi impianti del Politecnico di Torino da 1.1 kW con inverter integrati nel singolo modulo; due impianti, ciascuno da 17 kW circa, della Provincia di Torino e di "Environment Park-Torino"; infine due impianti, ciascuno da 20 kW, di proprietà dell'AMIAT di Torino. Tutti gli impianti, finanziati dal programma nazionale tetti fotovoltaici, sono già stati installati e sono dotati di moduli FV in silicio monocristallino e policristallino. Due impianti sono dotati di sistemi di inseguimento del percorso giornaliero del sole, due impianti sono installati come frangisole su facciata e uno presenta generatori FV con otto differenti angoli di inclinazione da orizzontale a verticale. Dal punto di vista della conversione DC/AC, questi impianti utilizzano tre differenti soluzioni impiantistiche, con inverter centralizzati, inverter di stringa (una stringa è la connessione in serie di più moduli FV), e inverter integrati nel modulo. Le prove relative agli inverter permetteranno di effettuare un confronto tra le tre soluzioni. Un'analisi dei transitori di accensione e spegnimento degli interruttori di protezione lato DC e lato AC permetterà di valutare le sollecitazioni sui componenti interni agli inverter. Nella prova relativa all'inseguimento della massima potenza, si prevede di sfruttare il comportamento dinamico dell'inverter stesso sul lato DC, effettuando il rapporto tra il valore medio e il valore massimo della potenza istantanea per valutare continuamente il rendimento dell'inseguitore della massima potenza. Quanto alle protezioni contro il funzionamento in isola, il circuito di misura previsto comprende un interruttore interposto tra inverter e rete di distribuzione. Il funzionamento in isola dell'inverter si innesca all'apertura intenzionale di questo interruttore. I segnali, che l'oscilloscopio virtuale rileva durante il transitorio, sono la tensione ai capi dell'interruttore (segnale di trigger), la corrente erogata dall'inverter, la corrente assorbita dal carico locale e la tensione comune su inverter e carico locale. Si effettueranno prove sperimentali per un ampio intervallo di irradianza e con carichi locali in grado di assorbire corrente di forma d'onda diversa dalla sinusoide. La durata del funzionamento in isola dell'inverter non può essere né troppo breve (qualche millisecondo) perché porterebbe a distacchi anche in caso di brevi perturbazioni della rete, né troppo lunga (qualche secondo) perché provocherebbe problemi di sicurezza alle persone e possibilità di danneggiamento dell'inverter in caso di richiusura automatica dell'interruttore di rete, qualora si abbia una differenza di fase tra la tensione dell'inverter e la tensione di rete ristabilita dall'interruttore. Si valuteranno il rendimento di conversione dei sistemi ad inseguimento solare e il guadagno in termini di energia prodotta rispetto ai sistemi installati su facciata. Si noti che nei mesi estivi l'inseguimento solare può creare problemi termici, dovuti all'incremento dell'irradianza captata, con conseguente riduzione di rendimento per i moduli FV. Passando all'attività di sviluppo di modelli di simulazione, continuerà l'analisi dei dati di monitoraggio, in collaborazione con l'ENEA, riguardante gli impianti già citati. Si approfondirà lo studio sulla variazione della densità di corrente al variare dello spettro solare, con riferimento al ciclo giornaliero, oltre che al ciclo stagionale. Si confronteranno gli spettri solari nelle prime ore e nelle ultime ore della giornata con gli spettri relativi alle ore centrali, per stabilire quando si presenta la conversione più efficiente nell'arco della giornata. Si indagherà inoltre il possibile effetto dell'invecchiamento dei moduli FV sulle prestazioni dei sistemi. Lo strumento di simulazione già realizzato sarà impiegato per prevedere l'andamento della potenza immessa in rete ed effettuare le opportune analisi energetiche. SISTEMI EOLICI Sono stati ottenuti e sono in corso di elaborazione dati anemometrici per costruire un modello statistico per diversi siti di installazione. Per le turbine eoliche delle maggiori case costruttrici, si proseguirà la messa a punto del programma di simulazione della produzione energetica sulla base delle curve di potenza in funzione della velocità del vento. I dati calcolati saranno confrontati con risultati sperimentali per valutare la precisione dei modelli impiegati nella simulazione. L'attività sarà condotta dal punto di vista del gestore dell'impianto, con studi rivolti al singolo sito di generazione, e sarà coordinata con l'unità di Cagliari, che terrà conto dell'impatto dei generatori eolici sulla rete elettrica. Fissato il sito di installazione, proseguirà l'attività di indagine su quale tipo di turbina fornisce la massima producibilità energetica. Si sta sviluppando uno studio sulle turbine a velocità variabile, in particolare quelle equipaggiate con il generatore asincrono a doppia alimentazione (convertitore AC-DC-AC tra rete e rotore), le quali si adattano a siti, come quelli italiani, caratterizzati da velocità del vento basse o medie. Tali turbine infatti presentano una bassa soglia di accensione e manifestano alti rendimenti anche per basse velocità del vento. Si cercherà un compromesso tra le ore di utilizzazione alla potenza nominale e il rendimento medio di conversione per individuare la turbina ottimale per un dato sito. L'analisi terrà conto dell'altezza del mozzo delle pale e del diametro delle pale, leggermente variabili, a parità di potenza nominale, tra i tipi di turbina presenti sul mercato. Ai fini della producibilità, si valuterà anche l'effetto parco di interazione tra turbina e turbina, che determina la distanza minima tra le turbine. Saranno individuati criteri per valutare l'efficacia delle alternative di installazione di un numero elevato di turbine di potenza ridotta, e installazione di un numero inferiore di turbine di potenza superiore. I dati anemometrici permetteranno anche la valutazione, mediante le curve di potenza delle turbine, dei profili giornalieri di potenza immessa in rete. I risultati ottenuti per il singolo sito di generazione saranno utilizzabili dall'unità di Cagliari per gli studi riguardanti l'allocazione ottima della generazione eolica nelle reti di distribuzione.
