Un inverter di stringa in media tensione per grandi centrali fotovoltaiche
(Rinnovabili.it) – Per far progredire il fotovoltaico, sia sul fronte dell’efficienza che dei costi, non basta migliorare la tecnologia di celle e pannelli. È necessario ottimizzare ed innovare ogni elemento chiave, dalla struttura di montaggio ai componenti elettronici. Si inserisce in questo filone il primo inverter di stringa a media tensione mai realizzato al mondo. Frutto dell’impegno dell’Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ISE, il nuovo inverter fotovoltaico ha dimostrato con successo che è possibile gestire un livello di tensione in uscita più elevato nei grandi impianti solari. Un passo avanti tecnico capace di determinare diversi vantaggi a livello economico e di risorse e non solo per la tecnologia fotovoltaica. L’innovazione potrebbe, infatti, portare benefici anche in campo eolico, nella mobilità elettrica o nelle reti industriali. Ma andiamo con ordine.
Gli obiettivi del progetto “MS-LeiKra”
Il primo inverter fotovoltaico di stringa a media tensione nasce grazie a “MS-LeiKra”, progetto di ricerca triennale finanziato dal Ministero federale per l’economia e la protezione climatica. L’iniziativa, che ha coinvolto anche le aziende Siemens e Sumida, mirava a realizzare una nuova elettronica di potenza per la prossima generazione di impianti fotovoltaici su grande scala. Il lavoro è partito da un dato di fatto: nonostante il continuo aumento della potenza delle centrali elettriche solari, la tensione non ha mai superato un certo livello.
Nel dettaglio, gli attuali inverter di stringa – quelli allacciati alle linee di moduli FV connessi in serie tra loro – funzionano normalmente con tensioni di uscita comprese tra 400 V CA e 800 V CA. Perchè? Per due motivi: per la difficoltà tecnica di realizzare un inverter altamente efficiente e compatto basato su semiconduttori in silicio; a causa delle norme vigenti che coprono solo la gamma di bassa tensione (max. 1.500 V DC o 1.000 V AC ).
“Gli inverter fotovoltaici sono sottoposti a un’enorme pressione sui costi”, si legge sulla pagina del progetto. “Un aumento della tensione e della potenza AC in uscita comporta vantaggi in termini di costi sia a livello dei componenti, ad esempio attraverso la riduzione dell’uso di materiali per gli elementi passivi, sia nei costi di installazione attraverso la riduzione delle sezioni dei cavi”.
Carburo di silicio per l’inverter di stringa in media tensione
Per affrontare la duplice sfida, gli scienziati del Fraunhofer ISE hanno sostituito il silicio con il carburo di silicio, semiconduttore ceramico che vanta una tensione di bloccaggio più elevata del primo. Il gruppo ha anche sviluppato un nuovo sistema di raffreddamento più efficiente a base di tubicini per lo scambio termico che riduce l’impiego di alluminio.
In questo modo i ricercatori hanno realizzato il primo inverter di stringa con una tensione di uscita nell’intervallo della media tensione (1.500 V) e una potenza di 250 kVA. Il sistema è stato quindi testato e validato su scala di laboratorio insieme ai partner del progetto. Il team cerca ora sviluppatori di parchi fotovoltaici e operatori di rete per testare il concetto di centrale elettrica sul campo.
I vantaggi del nuovo inverter di stringa fotovoltaico
I benefici? Aumentando la tensione esiste un notevole potenziale di risparmio: per un inverter di stringa con una potenza di 250 kVA è necessaria una sezione minima del cavo di 120 mm² per una tensione di uscita attuale possibile di 800 V AC . Se si aumenta la tensione a 1.500 V AC , la sezione del cavo scende a 35 mm². Ciò riduce il consumo di rame di circa 700 chilogrammi per chilometro di lunghezza. “Le nostre analisi delle risorse mostrano che a medio termine il rame diventerà una materia prima scarsa a causa dell’elettrificazione del sistema energetico”, afferma il Prof. Andreas Bett, direttore del Fraunhofer ISE. “L’aumento della tensione consente di utilizzare con parsimonia queste preziose risorse”.