L’impianto fotovoltaico PV De Nittis a Foggia, in Italia.
La luce e il calore provenienti dal sole rappresentano la fonte d’energia più abbondante sulla terra. I raggi solari che colpiscono la superficie del pianeta nell’arco di un’ora equivalgono approssimativamente alla quantità di energia consumata da tutte le attività umane in un anno. L’impegno di ABB è quello di trovare le soluzioni in grado di trasformare la luce del sole in energia elettrica in modo efficiente, economico e sostenibile. Il White Paper presentato da Paolo Zizzo alla conferenza annuale di ABB dello scorso mese di febbraio apre orizzonti diversi e innovativi. Da allora passi in avanti ne sono stati fatti molti – basti osservare i prodotti proposti nell’ambito dell’ultima edizione di SolarExpo, svoltasi a Verona dal 9 all’11 maggio –, ma le indicazioni contenute nel White Paper del mese di febbraio non hanno perso alcuna valenza.
di Umberto Leoni
ABB offre prodotti, sistemi e servizi – oltre a tutta la sua competenza ed esperienza – per la piena valorizzazione dell’energia solare. L’azienda è attiva da tempo, e con un ruolo di riconosciuta leadership, nel campo degli impianti fotovoltaici tradizionali (PV): la società ha inoltre deciso di puntare anche sulle nuove e promettenti tecnologie del fotovoltaico a concentrazione (CPV) e del solare termico a concentrazione (CSP). In tal modo, ABB completa la propria gamma con soluzioni adatte a qualsiasi tipo di cliente e a ogni mercato, nei diversi contesti economici e geografici. Gli impianti fotovoltaici convertono direttamente la luce del sole in energia elettrica tramite dispositivi semiconduttori, chiamati celle. Per realizzare la conversione si utilizzano principalmente tecnologie a base di silicio cristallino o film sottile. Le cellule interconnesse formano un unico modulo, che, in genere, ha una potenza compresa tra i 150 e i 300 W. L’impianto fotovoltaico è la combinazione dei moduli con inverter, batterie, componenti elettrici e sistemi di supporto. Più impianti possono essere collegati tra loro per fornire energia nell’ordine di decine di megawatt. Pur non producendo pannelli fotovoltaici, ABB vanta una grande esperienza nella fornitura di impianti fotovoltaici “chiavi in mano” e di componenti. Grazie a tecnologie all’avanguardia, a un’assistenza tecnica di assoluta affidabilità e alla grande esperienza, il Gruppo è sempre in grado di assicurare i livelli di prestazioni richiesti per questo tipo di installazioni.
Le celle fotovoltaiche producono corrente continua che viene trasformata dagli inverter in corrente alternata, da immettere nella rete elettrica. ABB mette a disposizione del mercato una gamma completa di inverter con potenze comprese tra i 3,3 e i 630 kW e un’esperienza pluriennale in questa tecnologia. Le tecnologie solari di ABB includono un sistema di controllo logico programmabile (PLC), un dispositivo di controllo che aumenta la precisione di rilevamento dei raggi solari per i pannelli e un sistema di commutazione automatica che permette all’impianto di produrre una quantità maggiore di energia su periodi di tempo più estesi, anche in condizioni di scarso irradiamento solare. Per consentire il massimo assorbimento di energia dal sole, ABB ha sviluppato una soluzione modulare da 1 MW. I moduli possono essere facilmente interconnessi per aumentare la potenza installata e sono forniti pre-assemblati, testati presso lo stabilimento e collocati in container per consentirne la rapida installazione.
ALTO RENDIMENTO
Sotto il profilo dei rendimenti e dell’ottimizzazione dei costi, il fotovoltaico a concentrazione (CPV) rappresenta probabilmente la tecnologia fotovoltaica con le maggiori potenzialità di sviluppo. ABB ha deciso di puntare sulla soluzione sviluppata da GreenVolts, società americana specializzata nel settore con cui ha siglato un accordo commerciale in esclusiva e nella quale ha acquisito una partecipazione. Il sistema fotovoltaico a concentrazione, su cui ABB punta, si basa su celle a tripla giunzione e ad altissimo rendimento, simili a quelle utilizzate per le applicazioni spaziali. Mentre le celle convenzionali hanno rendimenti compresi tra il 14 e il 20%, quelle a tripla giunzione superano il 35%. La soluzione a tripla giunzione si basa su tre diodi composti da strati di silicio diversamente trattati e perciò capaci di captare ciascuno fotoni con frequenze diverse. Le celle hanno ridotte dimensioni (la quantità di silicio utilizzata è ridotta di parecchie centinaia di volte rispetto a un pannello tradizionale) e sono collocate entro contenitori coperti da lenti di Fresnel, che elevano la concentrazione dell’energia solare sulla loro superficie di 1.300 volte. Da qui l’elevato rendimento assicurato, nonostante le dimensioni ridotte delle celle, che sono raffreddate da semplici alette poste sul retro. Il pannello deve essere sempre in posizione normale, rispetto ai raggi del sole, ed è quindi montato su un sistema intelligente di inseguimento a 2 assi, motorizzato e automatizzato.
L’impianto CPV converte solo l’energia diretta proveniente dal sole ed è quindi ideale per applicazioni in aree con elevato irraggiamento (Direct Normal Irradiance), per esempio nelle regioni del Sud d’Italia. In un impianto di questo tipo, l’occupazione di suolo è analoga a quella di un fotovoltaico tradizionale (mediamente 2-2,5 ettari per MW di potenza). Il maggior costo di realizzazione della singola cella è compensato dalle minori dimensioni e la tecnologia, annoverata fra le più innovative, è attualmente premiata dal Conto Energia. Il sistema offerto da ABB è totalmente integrato, modulare e scalabile. Ogni stringa è collegata a una cassetta locale – che contiene il sistema di controllo, l’inverter ottimizzato e le altre apparecchiature – dalla quale viene erogata corrente alternata. Il CPV va installato a terra ed è adatto per una vastissima gamma di situazioni, dalla piccola installazione presso l’azienda agricola ai grandi campi delle utility, con gamma di potenze da 16 kW a 40 MW. Gli impianti e le apparecchiature di allacciamento in media o alta tensione, posti a valle, sono sostanzialmente identici a quelli del fotovoltaico tradizionale. L’offerta ABB è inoltre qualificata da ISIS™ (Intelligent Solar Information System), un sofisticato sistema di gestione dell’energia basato su Internet che include funzioni di monitoraggio, diagnostica e controllo del sistema.
Nell’ambito del Gruppo, ABB Italia ha la responsabilità mondiale del lancio, dell’industrializzazione e delle personalizzazioni di questa tecnologia legate ai mercati di destinazione. Per questi compiti è stato creato uno specifico team con responsabilità tecniche e di marketing.
L’impianto fotovoltaico a concentrazione CPS di Puerto Errado, in Spagna.
CONCENTRAZIONE DI ENERGIA
Gli impianti solari termici non producono direttamente energia elettrica, ma vapore, che è poi utilizzato per la generazione in turbine. Il vapore è prodotto con sistemi parabolici lineari o torri solari, che riscaldano un ricevitore portandolo a temperature elevate. ABB ha selezionato una tecnologia differente, sviluppata dalla tedesca Novatec Solar – di cui il Gruppo ha acquistato una quota –, ritenuta la più efficiente ed economicamente vantaggiosa oggi sul mercato. È basata su specchi Fresnel piani che, ruotando sul loro asse, concentrano l’energia solare su un tubo collettore posto a una decina di metri di altezza, a propria volta dotato di un concentratore secondario. Nel tubo scorrono acqua e vapore a 100 bar, che l’energia solare porta a una temperatura di 500 °C, valori ottimali per alimentare il ciclo termico della turbina che li riceve. Con questa soluzione non si richiede l’utilizzo di fluidi intermedi, di oli o di sali speciali, che possono risultare inquinanti o di difficile gestione operativa. Gli impianti CSP offrono numerosi vantaggi, a partire dalla durata della loro vita utile: a differenza di ciò che accade con i pannelli fotovoltaici, i componenti non sono soggetti al degrado naturale del silicio e necessitano solo di ordinaria manutenzione per continuare a funzionare per svariati decenni. La tecnologia adottata da ABB, inoltre, rende la manutenzione stessa molto più facile, economica ed ecologica: le superfici degli specchi piane e non concave sono pulite da sistemi robotizzati a recupero d’acqua, una risorsa critica nelle zone aride o desertiche che, per i livelli di DNI, meglio si prestano a ospitare questi impianti.
ABB offre soluzioni complete per l’energia e l’automazione per impianti CSP. Fornisce inoltre strumentazione e sistemi di controllo per la caldaia solare, impianti e serbatoi per lo stoccaggio termico, sistemi di bilanciamento per l’impianto di conversione dell’energia e dispositivi elettrici in grado di immettere in modo sicuro l’energia sulla rete elettrica. Caratteristica fondamentale e distintiva del CSP offerto da ABB è la dotazione di un innovativo sistema di immagazzinamento dell’energia basato su sali concentrati in grado di accumulare calore e di restituirlo nei momenti di necessità. A seconda delle soluzioni adottate, l’accumulo può durare da 15-20 min fino ad alcune ore, permettendo a questi impianti di continuare a immettere energia in rete, anche durante il passaggio di nubi o di notte. L’elevato grado di “dispacciabilità” dell’energia elettrica prodotta attenua la discontinuità tipica delle rinnovabili – che genera instabilità nelle reti –. Tale fattore, affiancato dall’attuale precisione delle previsioni meteorologiche, permette a chi li gestisce di programmare la cessione in rete con elevata attendibilità. Sotto il profilo dell’investimento, la soluzione solare termica a concentrazione è ideale soprattutto per i grandi impianti, con potenze comprese fra i 50 e i 250 MW. I maggiori vantaggi si ottengono nelle aree desertiche, con DNI molto elevato. Il principale vincolo all’espansione commerciale degli impianti CSP non è stato fin qui rappresentato dalla carenza di siti idonei, ma dalla distanza tra i siti e le aree di consumo. ABB è tuttavia in grado di risolvere questo problema con la tecnologia HVDC che permette di trasportare l’energia elettrica a oltre 1.000 km di distanza, via terra o via mare, con perdite estremamente ridotte.
Esistono inoltre interessanti esperienze di integrazione di impianti CSP in centrali a ciclo combinato che, nell’arco della giornata, possono ridurre il consumo di combustibile fossile immettendo nel ciclo il vapore prodotto con l’energia solare. La soluzione è chiamata ISCC-Integrated Solar Combined Cycle. ABB sta fornendo una soluzione completa per il sistema elettrico, comprensiva della strumentazione integrata e dei sistemi elettrici e di controllo, per la centrale da 150 MW di Hassi R’Mel in Algeria, una delle prime al mondo di questo tipo.
Per i diversi tipi di impianti solari, ABB è in grado di offrire soluzioni complete e “chiavi in mano”, dalla progettazione alla connessione in rete, offrendo, inoltre, pacchetti di Operations & Maintenance e Service, anche integrati da garanzie sulle prestazioni. Il Gruppo si occupa di tutto: prepara il terreno, installa e mette in funzione l’apparecchiatura e collega l’impianto alla rete di trasmissione o di distribuzione. Come leader nell’energia e nell’automazione, ABB vanta una conoscenza unica delle apparecchiature elettriche e di controllo che utilizza per comporre gli impianti: interruttori, quadri di comando, trasformatori, inverter, controllori logici programmabili (PLC), sistemi di controllo distribuito, cavi e sistemi di connessione alla rete. Può, secondo necessità, fornire anche singoli componenti.
VETRINA DEL SOLARE
Quanto finora detto ha trovato piena conferma a SolarExpo, mostra e convegno internazionale sulle energie rinnovabili e la generazione distribuita, svoltasi a Verona dal 9 all’11 maggio scorsi. La consolidata esperienza in tutti i settori dell’energia e la completezza dell’offerta hanno permesso ad ABB di presentarsi come fornitore qualificato di sistemi, prodotti e servizi per tutti i tipi di applicazioni nel campo delle energie alternative e rinnovabili. Nel suo portfolio, ABB offre soluzioni modulari per la realizzazione e la consegna in tempi record di centrali fotovoltaiche “chiavi in mano”, ma anche inverter solari ad alta efficienza, sistemi di monitoraggio, sistemi di gestione per solar tracker che garantiscono la massima accuratezza di movimento e sistemi robotici per aumentare la produttività delle aziende che assemblano pannelli solari. Per impianti più piccoli, nelle applicazioni residenziali o terziarie, l’ampia offerta ABB di prodotti e sistemi tradizionali per l’energia è affiancata da una serie completa di apparecchiature e componenti studiati e perfezionati appositamente per il sezionamento, la protezione, la misura e la conversione dell’energia da continua in alternata, che rispondono alle necessità funzionali e normative delle applicazioni nel settore fotovoltaico.
Per rinnovare il proprio approccio di marketing al segmento solare, è stata realizzata da ABB un’applicazione di realtà virtuale che ha permesso al visitatore di SolarExpo di navigare in maniera dettagliata tra la componentistica disponibile nel portafoglio prodotti ABB per realizzare moduli da 1 MW per centrali fotovoltaiche. Grazie a questa nuova tecnologia, e tramite una postazione dedicata con monitor da 45”, è stato possibile vedere dove sono posizionati i sistemi e i prodotti ABB in un impianto fotovoltaico, i loro principali componenti interni e le loro caratteristiche più significative. In particolare, è risultato possibile navigare all’interno delle cabine di trasformazione da media a bassa tensione, degli inverter centrali, dei quadri controllo stringa con sistema di monitoraggio e dei quadri di campo per l’automazione dei tracker solari.
SOLUZIONI DEL DOMANI
In questi ultimi anni, l’aumento della produzione fotovoltaica in media tensione e la regolamentazione degli allacciamenti alla rete, secondo la norma CEI 0-16, ha spinto ABB a sviluppare prodotti che non solo rispettino questi standard normativi, ma che assicurino nel contempo all’utilizzatore una soluzione completa per il monitoraggio e il controllo dell’impianto. I relè REF542 plus, utilizzabili a bordo quadro per la protezione attiva e diagnostica, sono estremamente flessibili sia nell’utilizzo come dispositivi di interfaccia che come dispositivi generali. Oltre ad offrire tre soglie di massima corrente di fase e la protezione di massima corrente omopolare non direzionale (o direzionale a soglie molteplici, laddove il contributo capacitivo sia maggiore dell’80% del valore richiesto dal distributore), i relè REF542plus mettono a disposizione degli utenti attivi protezioni d’interfaccia con soglie di massima, minima tensione, frequenza e massima tensione omopolare. Il loro vero punto di forza risiede nell’ampia adattabilità sia degli ingressi analogici – poiché accettano ingressi sia da sensori, che da TA e TV convenzionali – sia delle funzioni di monitoraggio (anche da remoto, con interfaccia web), controllo, misura, possibilità di logiche di auto-richiusura, programmazione di inserzione trasformatori, funzioni di Data Logger e protezioni aggiuntive secondo necessità.
Altra soluzioneproposta, il nuovo inverter centralizzato da 630 kW in corrente alternata opera senza declassamento di potenza fino a 45 °C. La densità di potenza è del 45% superiore rispetto ai precedenti inverter centralizzati ABB. Questa caratteristica rende il nuovo inverter uno dei migliori oggi sul mercato per rapporto volume/potenza. Costi di trasporto e spazi necessari all’installazione risultano decisamente ridotti. Il quadro in corrente continua integrato consente la massima flessibilità applicativa evitando quadri di parallelo esterni. Questa nuova versione da 630 kW in corrente alternata è disponibile con 4, 8 o 12 ingressi in corrente continua, protetti da fusibile, offrendo la massima flessibilità per realizzare impianti “su misura”.
DOCSolar, infine, è un software che permette la progettazione di un impianto fotovoltaico fino a 1 MW in maniera semplice, veloce e accurata. A partire dalla scelta della potenza dell’impianto, del luogo di installazione e del posizionamento dei pannelli, DOCSolar guida nella selezione dei componenti (pannelli solari e inverter inclusi) e nella configurazione dei quadri di campo, consentendo di scegliere nell’ampia gamma di prodotti ABB per applicazioni fotovoltaiche in bassa tensione. Come risultato finale, DOCSolar rilascia lo schema elettrico dell’impianto e l’elenco codici di tutti i componenti selezionati, semplificando la fase di acquisto.
L’impianto solare termico a concentrazione CPV Green Volts, negli Stati Uniti.