Energia sotto controllo

In continua crescita da vent’anni a questa parte, il settore del fotovoltaico costituisce una grande opportunità nel nostro Paese per le aziende votate all’eccellenza tecnologica. Dove è arrivata la tecnologia di controllo e gestione di questi impianti? Per farcene un’idea siamo andati a conoscere S

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Valeria De Domenico

Ciò che maggiormente affascina quando si parla di fonti di energia rinnovabili non è solo l'idea romantica di attingere alle immutabili forze della natura, le eterne sorgenti di vita. Non è trascurabile neanche il fattore economico, ma uno degli elementi che più stimola la nostra curiosità è l'incredibile potenziale tecnologico che l'industria energetica coltiva. Non a caso la storia del fotovoltaico, come fonte di energia termica ed elettrica, inizia con la ricerca aerospaziale. Dai prototipi avanguardistici studiati per le basi spaziali in orbita intorno alla Terra, ai placidi e silenziosi campi che sulle dorsali delle colline rubano a 'fratello Sole' decine di mega Watt, senza disturbarlo e senza lasciare tracce del proprio lavoro, né sul terreno, né nell'aria intorno. La tecnologia sviluppata per compiere questo prodigio è basata su elementari principi di fisica, tecniche raffinatissime per il trattamento di materie prime come il silicio e una sofisticata ingegneria meccanica ed elettronica dedicata.
L'industria del fotovoltaico, dunque, coinvolge oggi in Italia centinaia di aziende tra produttori di componenti, produttori di strumentazione e sistemi di controllo e gestione impianti, produttori di pannelli solari, di inverter, di macchinari di precisione e per la realizzazione di moduli fotovoltaici. Per conoscere quali sistemi di controllo e gestione dei processi produttivi vengono applicati agli impianti fotovoltaici di tipo industriale, ovvero le cosiddette 'Solar farm', abbiamo incontrato nella persona di Nicola Baggio una delle realtà italiane più competitive nel settore, SOLON, azienda di Carmignano di Brenta (Padova). Nata a metà degli anni Novanta come S. E. Project di Domenico Sartore adesso amministratore unico e acquisita nel 2006 dalla tedesca SOLON SE, SOLON produce moduli e impianti fotovoltaici chiavi in mano sia integrati su edifici, sia su terreno, dunque veri e propri parchi. Lo stabilimento di produzione di Carmignano è il più grande in Italia per il settore. Con 150 MW SOLON copre da sola quasi la metà della capacità produttiva italiana che è di circa 300 MW. All'interno dell'azienda, Baggio ricopre il ruolo di responsabile Ricerca & Sviluppo. “Per quanto riguarda i moduli, SOLON è specializzata nella produzione di moduli in silicio cristallino, lavora cioè celle in mono e policristallino. Questo tipo di materia prima è a tutt'oggi la più diffusa, costituendo il 95% della produzione di celle fotovoltaiche.
La restante parte basata su film sottili è marginale. SOLON produce diversi tipi di moduli; il modulo standard è da 220/230 W, incorniciato, pesa circa 25 kg, è collaudato e diffusissimo. SOLON realizza inoltre moduli da 350 W, basati su un design costruttivo innovativo, caratterizzato da due barre poste sul retro con funzione strutturale, pensati per essere applicati ai meccanismi di inseguimento monoassiali o alle pensiline. In questo settore è l'unica al mondo. Per quanto riguarda gli apparati di movimentazione SOLON dispone di due prodotti di grande qualità: SOLON Mover il primo inseguitore biassiale introdotto con successo sul mercato internazionale nel 2004, e SOLON Single Axis sviluppato specificatamente per il mercato italiano, che arriva ad ottenere fino al 20% di energia in più rispetto ad un impianto fisso.

Dove è arrivata la tecnologia di controllo e gestione di questi impianti?
Dobbiamo considerare monitoraggi su tre livelli. L'interfaccia sono gli inverter, nei quali è possibile integrare un sistema di acquisizione dati, che poi con una porta Rs o tramite protocolli di comunicazione sempre più avanzati trasmettono le grandezze elettriche degli inverter stessi e i parametri ambientali. In riferimento a impianti di medie dimensioni nell'ordine dei 100 kW, si vanno a implementare sistemi di acquisizione dati basati su architetture Scada, come se ne possono trovare parecchi sul mercato. Molti produttori di inverter a livello mondiale si sono ormai attrezzati per fornire sistemi in grado di soddisfare a pieno le esigenze di controllo di impianti di piccole e medie dimensioni. Anche SOLON produce inverter, con SOLON Inverter, che ha sede in Svizzera. Presso la sede italiana è stata invece messa a punto la Solarcard, una scheda di acquisizione dati che riesce a interfacciarsi con diverse tipologie di segnali in ingresso e in uscita, e che consente quindi di rilevare le grandezze elettriche d'interesse sul lato CC del campo fotovoltaico e gli ingressi di dati meteo. La scheda può essere interfacciata tramite il protocollo Modbus-Rtu su rete Rs485. Il sistema di acquisizione è composto da due schede: Solarcard_01P per la parte di potenza dove sono alloggiati i trasduttori di corrente per la misura delle tre correnti continue; Solarcard_01C dove è alloggiata la parte di controllo (microprocessore, porta di comunicazione ecc.)
Le schede sono interconnesse attraverso un cavo flat. Ogni scheda Solarcard può far parte di una rete di comunicazione seriale Modbus in modalità slave, grazie alla possibilità di impostare i parametri di comunicazione e alle specifiche del protocollo di comunicazione che non è soggetto a licenze è possibile implementare una rete di comunicazione in base alle proprie esigenze o integrare le Solarcard in una rete preesistente. SOLON ha infine sviluppato un software che si chiama SE Vision, in grado di leggere i dati e fornire un quadro approfondito dell'impianto, consentendo di intervenire da remoto, salvo che in rari casi in cui il problema non sia risolvibile se non con un intervento in sito del personale qualificato. Questo discorso non vale più quando in gioco ci sono impianti da uno o più MW. In questo caso, nel realizzare un progetto i nostri tecnici devono ricorrere a prodotti appositamente sviluppati da noi. Esiste infine un terzo livello avanzatissimo, costituito da sistemi molto specifici, destinati a testare i moduli. Questi apparati non sono commercialmente disponibili, ma gran parte del know-how che trova in essi un'applicazione sperimentale, viene poi impiegato nella messa a punto dei prodotti destinati alla commercializzazione.

Come è gestita l'erogazione dell'energia elettrica verso il gestore? Attraverso quali sistemi di monitoraggio e controllo avviene lo scambio da e verso l'operatore? Esiste un sistema di controllo in grado di decidere, in modo automatico, se utilizzare o vendere l'energia prodotta?
Nel rapporto tra erogatore e operatore, la prima questione è quella di garantire la sicurezza della rete elettrica. Esistono parecchie norme (DK5940, DK5740, DK5310, DK5600) finalizzate ad evitare che la fonte rinnovabile crei problemi alla rete non essendo di fatto una fonte controllata e che i segnali della rete entrino negli impianti fotovoltaici provocando danni.
Negli impianti residenziali dopo l'inverter non abbiamo altro che un contatore bidirezionale Enel che viene installato e quello è l'interfaccia di rete, un componente esterno a noi. Su impianti superiori ai 20 kW è necessario avere dei trasformatori: qui la priorità è quella di garantire sì la sicurezza, ma anche la precisione di misura.
Un ambito in cui esistono a tutt'oggi grosse lacune, per quanto nei Paesi del Nord Europa si stia già tentando di fare qualcosa, è proprio quello della regolamentazione dei 'livelli' di erogazione di energia da fonte rinnovabile nella rete. In Italia non esistono normative in proposito. Eppure è una questione fondamentale e costituisce uno stimolo anche per lo sviluppo tecnologico che si deve muovere in questa direzione. Noi come Ricerca & Sviluppo di SOLON puntiamo parecchio sulla messa a punto di sistemi in grado di gestire l'immissione in rete di energia prodotta. Esigenza soprattutto economica.
Allo stato attuale riusciamo a controllare solo la qualità del segnale in uscita. L'irraggiamento solare varia pressoché istantaneamente a causa del movimento della Terra rispetto al Sole, del vento e di decine di altri fattori: la linea di produzione è quindi molto altalenante. Lo scopo è far diventare questa curva quanto più dolce possibile e priva di picchi. Il tutto si realizza tramite filtri e trasformatori.

Cosa ci si può attendere dalla tecnologia fotovoltaica in futuro? In che direzione contate di muovervi voi come SOLON?
Esistono due strade principali di avanzamento. Una riguarda il miglioramento continuo del prodotto tradizionale, con una parallela riduzione e costi: ogni anno riduciamo del 10% il costo del pannello, grazie all'adozione di tanti accorgimenti come nuovi tipi di modulo o di cella, nuovi tipi di cavi, nuovi tipi di trattamenti riflettenti sul vetro. Stiamo lavorando sull'integrazione di dispositivi innovativi come un sistema in grado di migliorare le prestazioni del modulo anche se parzialmente ombreggiato. Tutte queste migliorie sono di piccola entità, l'1 o il 2%, ma sommandole, ogni anno, accrescono le capacità produttive del pannello di un 5-6%. Ottimizzare le prestazioni del modulo riducendone contemporaneamente il costo, porterà il fotovoltaico ad essere ben presto una fonte energetica competitiva con le fonti fossili.
L'altra strada è quella dei sistemi fotovoltaici a concentrazione dove si ottimizza il costo del modulo riducendo del 95% la quantità di materia prima, ovvero del silicio utilizzato. Così facendo, anche il costo dell'impianto si riduce notevolmente. In tale ambito collaboriamo con CPower, una spin-off universitaria, che è oggi un'azienda all'avanguardia nel settore e una tra le dieci più importanti  aziende al mondo nel campo della concentrazione.

Energia sotto controllo - Ultima modifica: 2009-10-02T15:03:27+02:00 da Lucia Favara