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Network and Plant Protection: The Key Role of Protection for Solar Energy Efficiency and Safety

2023-06-28
Network and Plant Protection: The Key Role of Protection for Solar Energy Efficiency and Safety

Accoppiamento CA vs. Accoppiamento centrale per sistemi solari

Secondo la norma di applicazione VDE-AR-N 4105:2018-11, per tutti i sistemi di produzione di energia elettrica in Germania con una capacità compresa tra 30 kW e 135 kW è necessaria una protezione di rete e di sistema (protezione NA). Questo dispositivo di protezione svolge un ruolo fondamentale nell'integrazione sicura degli impianti solari nella rete elettrica, garantendo il rispetto delle tolleranze di tensione e frequenza specificate ed evitando l'isolamento.

La protezione NA, conforme alla norma VDE-AR-N 4105, monitora continuamente la tensione e la frequenza della rete di alimentazione per garantire che rimangano entro le tolleranze specificate. In caso di deviazioni, la protezione NA scollega in modo sicuro il sistema di generazione di energia dalla rete entro 0,2 secondi. In questo contesto, per sicurezza contro i guasti si intende il collegamento in serie di due elementi di commutazione controllati in modo indipendente, in modo da mantenere la funzione anche in caso di guasto di un interruttore.

L'obbligo di implementare la protezione NA per gli impianti solari in Germania deriva da due motivi principali:

  1. Rispetto dei limiti di tensione e frequenza della rete elettrica: La protezione NA garantisce che l'energia generata dall'impianto solare non superi i limiti di tensione e frequenza previsti. Questo è fondamentale per garantire la stabilità della rete ed evitare interruzioni nella rete elettrica.
  2. Prevenzione delle isole: In caso di interventi di manutenzione o di disturbi della rete, l'impianto solare deve essere scollegato dalla rete in modo rapido e sicuro per garantire la sicurezza del personale addetto alla manutenzione ed evitare la formazione di reti a isola. La protezione NA consente di arrestare rapidamente il sistema in queste situazioni.

A seconda delle dimensioni dell'impianto solare, è possibile utilizzare una protezione NA centrale o decentralizzata. I sistemi più grandi utilizzano in genere una protezione NA centrale, mentre i sistemi più piccoli possono impiegare soluzioni di protezione decentralizzate.

Il rispetto del requisito di protezione NA è di grande importanza per gli impianti fotovoltaici commerciali su tetto in Germania. È fondamentale che i gestori di impianti solari installino i dispositivi di protezione necessari in conformità alle normative vigenti per garantire la sicurezza della rete elettrica e la conformità ai requisiti di legge.

Come funziona la protezione NA classica

La protezione NA è costituita da due componenti principali:

  1. Il relè di protezione della rete e del sistema che monitora la rete elettrica.
  2. L'interruttore di interblocco controllato dal relè.

La protezione NA è installata nel punto di misura e monitora la tensione e la frequenza. In caso di guasto, due interruttori isolati galvanicamente vengono scollegati in serie (configurazione ridondante). I dispositivi di commutazione devono avere una capacità di commutazione equivalente alla potenza nominale dell'impianto solare.

Per ogni dispositivo di commutazione esiste un'uscita separata sul relè di monitoraggio, che viene controllata in modo indipendente. I dispositivi di commutazione segnalano la loro posizione di commutazione attuale al relè di monitoraggio per garantire la necessaria "sicurezza contro i guasti"".

Per i sistemi con una capacità di 100 kW o più, sono consentiti interruttori di protezione del motore o sezionatori meccanici di potenza/ultima. I sistemi più piccoli possono utilizzare anche contattori.

Protezione NA decentralizzata per impianti fotovoltaici di piccole dimensioni

Gli impianti solari più piccoli sono spesso installati più vicini al punto di connessione alla rete, con conseguenti brevi distanze tra i cavi e un flusso di corrente relativamente basso, che porta a cadute di tensione trascurabili. Pertanto, per gli impianti fotovoltaici più piccoli con una capacità inferiore a 30 kW o per le unità di cogenerazione, la protezione NA può essere installata anche nelle sottodistribuzioni o integrata nel controllo programmabile del sistema, come l'inverter solare.

Accoppiamento CA vs. Interruttore di accoppiamento centrale

I costi di acquisizione e di funzionamento della protezione NA possono sommarsi e avere un impatto significativo sulla redditività del sistema. Per garantire la conformità alle normative sullo spegnimento degli inverter, molti prodotti disponibili sul mercato richiedono un costoso interruttore di accoppiamento esterno. Un modo per risparmiare sui costi è sostituire l'interruttore di accoppiamento centrale con un interruttore di accoppiamento in corrente alternata.

Ne è un esempio l'inverter Sunny Tripower CORE1 di SMA Solar Technology AG, che garantisce la necessaria protezione della rete e del sistema (protezione NA) secondo la norma VDE-AR-N 4105:2018-11, capitolo 6.4.1, metodo C per impianti con una potenza da 30 kW a 135 kW, grazie a un interruttore di accoppiamento CA integrato. L'interruttore di accoppiamento CA integrato nell'inverter Sunny Tripower CORE1 viene testato per verificarne il corretto funzionamento dall'inverter prima di ogni processo di collegamento. L'inverter controlla anche la capacità di commutazione dell'interruttore su base giornaliera. In caso di malfunzionamento, l'errore viene segnalato e l'inverter non si collega alla rete pubblica, anche se la protezione centrale NA è attiva.

Come per gli inverter Fronius, i relativi interruttori di accoppiamento diventano superflui in quanto sono già dotati di relè adeguati di serie, che consentono di scollegare gli apparecchi entro 100 ms. La funzione può essere impostata in modo semplice e rapido tramite un'app, senza bisogno di hardware aggiuntivo nell'inverter.

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