Gli ottimizzatori dei moduli fotovoltaici sono superflui come i frigoriferi al Polo Nord

Ottimizzare i rendimenti degli impianti fotovoltaici, ma senza rinunciare alla sicurezza! Se si parla di vantaggi, questi sono rappresentati da un design leggero degli impianti, che per gli inverter significa sfruttare tecnologie d’avanguardia rispetto ai componenti elettronici supplementari da applicare ai moduli. Hannes Knopf, esperto di funzioni integrate nei moderni inverter di stringa, spiega perché gli ottimizzatori di modulo rappresentano un fattore di rischio. E come i gestori e gli installatori possono aumentare redditività e sicurezza utilizzando il software integrato SMA ShadeFix.

Uno studio ha confrontato fra loro diverse tecnologie finalizzate a ottimizzare la redditività. Da questo studio si evince che, nella maggior parte dei casi, le soluzioni hardware rappresentate dagli ottimizzatori di modulo sono inferiori rispetto alla soluzione SMA basata su software. Da cosa dipende?

Da una caratteristica peculiare degli inverter di stringa SMA, che grazie alla funzione SMA ShadeFix integrata consentono automaticamente agli impianti fotovoltaici di trasformare una quantità consistente di luce solare in corrente elettrica, anche in presenza di ombreggiamenti. Sono soddisfatto del fatto che questo sia stato ora confermato da uno studio scientifico. Questo dimostra che le soluzioni hardware per l’ottimizzazione dei moduli generano un rendimento supplementare solo in casi eccezionali, ovvero in presenza di ombreggiamenti molto forti o, addirittura, permanenti. Per la maggior parte degli impianti fotovoltaici, invece, gli ottimizzatori di modulo sono superflui come frigoriferi al Polo Nord.

Rendimenti da energia solare… all’ombra. Potrebbe sembrare un paradosso. Com’è possibile ottenerli?

In realtà non sono possibili. O per lo meno, di solito, sono del tutto trascurabili. La causa è che la maggior parte degli ombreggiamenti dei moduli fotovoltaici si verifica nell’arco della giornata in modo solo temporaneo, in genere di mattina o di sera, quando camini, abbaini o alberi proiettano la loro ombra sui moduli. E qui entra in gioco la nostra tecnologia, che consente agli inverter di ottenere sempre la massima potenza dai moduli solari, anche in presenza di ombreggiamenti.

Per capirne il funzionamento bisogna sapere che la velocità con cui gli elettroni scorrono sui pannelli solari nel modulo fotovoltaico dipende dall’irraggiamento solare. Al sole si muovono molto velocemente, all’ombra invece sono molto più lenti. Per questo nella parte ombreggiata del modulo si viene a creare qualcosa di simile a un ingorgo di elettroni. SMA ShadeFix bypassa esattamente questa parte del modulo, dove non sarebbe previsto comunque un rendimento energetico significativo. Il software dirige gli elettroni direttamente nella parte non ombreggiata. Qui possono muoversi a una velocità normale. Il risultato è un maggior rendimento energetico.

L’elettronica di modulo ha lo scopo di garantire una maggiore sicurezza dell’impianto. Per questo in alcuni Paesi il suo impiego è ancora prescritto per legge.

La discussione sull’utilizzo di Module Level Power Electronic, MLPE, per lo spegnimento a livello di modulo, il cosiddetto Rapid Shutdown, si focalizza sulla sicurezza delle squadre di emergenza sul posto. Ad esempio, un intervento dei vigili del fuoco su un impianto fotovoltaico. Trascura tuttavia completamente la sicurezza degli installatori. Infatti, l’intervento del Rapid Shutdown negli USA, e la relativa limitazione della tensione a 80 volt, può comportare una valutazione errata della sicurezza. Anche una tensione di 80 volt sui moduli fotovoltaici rappresenta ancora un pericolo. E chi mi assicura poi che il Rapid Shutdown dopo 20 anni di servizio sul tetto, o in caso di incendio, sia in ancora in grado di funzionare in modo efficiente? Contemporaneamente un maggior numero di componenti, in particolare di terminali, determina un aumento del rischio di incendio dell’impianto. Inoltre, la funzione di spegnimento obbligatorio a livello di modulo trascura completamente il fatto che i componenti necessari al funzionamento del sistema prolungano notevolmente il lavoro degli installatori sul tetto, con conseguente aumento del rischio di incidenti, ad esempio di caduta.
Pertanto, nei Paesi in cui è prescritta la presenza di una funzione di spegnimento a livello di modulo, puntiamo sul segnale standard SunSpec Rapid Shutdown. I dispositivi e i componenti sono certificati secondo lo standard SunSpec Rapid Shutdown. Non c’è bisogno dei trasformatori di tensione nel percorso della potenza dell’elettronica del modulo. In questo modo si riduce il numero di componenti elettronici sul tetto di oltre la metà. L’affidabilità aumenta di conseguenza, riducendo così i rischi per le squadre di soccorso e gli installatori sul posto.

A cosa serve allora utilizzare ancora oggi un ottimizzatore di modulo?

Bella domanda. In realtà i risultati dello studio non lasciano spazio a dubbi. Come dicevo, più aumentano i componenti elettronici sul tetto, più si allungano i tempi di installazione. E aumentano anche la probabilità di incorrere in un errore e il rischio di incidenti. Al contempo un maggior numero di componenti, in particolare di connettori elettrici, determina un aumento del rischio di incendio dell’impianto. I moduli solari dispongono in genere di due terminali CC. Per ogni dispositivo MLPE aggiunto sono necessari quattro terminali supplementari. Triplicare i punti di contatto significa aumentare il rischio di guasti e di incendio. Tra le potenziali fonti di pericolo si possono enumerare i terminali montati in modo errato, i collegamenti allentati e, in particolare, l’errato abbinamento di connettori di diversi produttori, il cosiddetto “mismatching”.

Tuttavia, se una parte del sistema è molto ombreggiata, potrebbe essere utile l’uso selettivo di un ottimizzatore di potenza. In tal caso però è necessario un installatore competente che pianifichi l’impianto in modo da farlo risultare economicamente vantaggioso. E anche una valutazione realistica sulla convenienza di installare un impianto fotovoltaico in quel punto, dato che non esiste ancora una tecnologia che possa trasformare l’ombra in luce.

Confronto dei componenti per un tipico impianto commerciale con una potenza di 50 kilowatt (kW): nella soluzione SMA sono necessari solo circa 2.000 componenti elettronici, mentre se si utilizzano gli ottimizzatori di modulo i componenti elettronici necessari sono più di 60.000.

Massimo rendimento energetico per il cliente e massima sicurezza di intervento sull’impianto fotovoltaico. Come progettare un impianto con queste caratteristiche?

La soluzione è un design leggero dell’impianto. Infatti, un design del genere soddisfa esattamente i requisiti di base di un impianto FV, ovvero massima sicurezza nell’ambiente di lavoro dell’impianto FV e massima resa energetica per il gestore. Per questo integriamo le funzioni necessarie direttamente nell’inverter. In concreto, il software SMA ShadeFix e la funzione di assistenza e monitoraggio SMA Smart Connected ottimizzano il rendimento energetico per tutta la vita utile dell’impianto. SMA Smart Connected rileva gli errori tempestivamente e li segnala automaticamente all’installatore. Se necessario, il servizio integrato di assistenza tecnica richiede automaticamente anche dispositivi sostitutivi. L’installatore risparmia tempo prezioso e le perdite di rendimento per i gestori dell’impianto diminuiscono.

Cosa si può fare se un installatore o un gestore d’impianto ha già optato per gli ottimizzatori di modulo?

Non è sicuramente conveniente smontare ora tutti gli ottimizzatori di modulo dall’impianto. In tal caso gli installatori dovrebbero tornare a lavorare sul tetto e ciò comporterebbe un ulteriore prolungamento del lavoro con conseguente aumento del rischio di incidenti. E alla fine è il gestore dell’impianto che deve farsi carico dei costi. Ma se è prevista una sostituzione degli ottimizzatori, una modernizzazione dell’impianto con inverter di nuova generazione potrebbe essere una valida alternativa.

Un consiglio per tutti i gestori di impianti o per chi desidera diventarlo?

Sono importanti una buona consulenza preliminare e la disponibilità di informazioni affidabili. Non fatevi spaventare da un po’ d’ombra!

*La SunSpec Alliance è un’associazione di categoria di oltre 100 imprese del settore solare e dell’accumulo di energia provenienti da Nord America, Europa e Asia. Il suo obiettivo è quello di stabilire standard uniformi per l’interoperabilità dei sistemi “plug & play”.

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