Quadri elettrici: Guida alla progettazione di un Impianto Fotovoltaico, Parte 9

Un impianto fotovoltaico è un sistema che trasforma l’energia solare in energia elettrica. È composto da una serie di moduli fotovoltaici collegati tra loro e da un inverter che converte la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata, utilizzabile dagli utenti.

L’energia prodotta da un impianto fotovoltaico può essere consumata direttamente dall’utente finale oppure immessa nella rete di distribuzione nazionale. Tuttavia, per immettere energia nella rete, è necessario che l’impianto dell’utente sia dotato di specifici dispositivi di comando e protezione imposti dall’ente gestore.

È importante assicurarsi che, in caso di interruzioni per manutenzione o guasti nella rete di distribuzione, non venga immessa energia elettrica che potrebbe rappresentare un pericolo per gli operatori o per le apparecchiature elettriche. Pertanto, è indispensabile che la linea sia equipaggiata con quadri elettrici e protezioni conformi alle normative tecniche.

In questa Guida Blumatica, esamineremo tutte le tipologie di quadri elettrici che possono essere integrate in un impianto fotovoltaico in conformità con le norme tecniche vigenti.

Cos’è un quadro elettrico?

Il quadro elettrico è un centro di smistamento dell’energia. Si tratta di un dispositivo che contiene tutti i componenti necessari per la distribuzione e la gestione dell’energia elettrica in un impianto. Questi componenti comprendono:

• Interruttori: Utilizzati per aprire e chiudere manualmente i circuiti elettrici.
• Interruttori automatici: Interrompono automaticamente il flusso di corrente per proteggere il circuito in caso di sovraccarico o cortocircuito.
• Fusibili: Interrompono il flusso di corrente per proteggere i circuiti in caso di sovraccarico.
• Relè: Dispositivi elettromeccanici o elettronici che controllano l’accensione e lo spegnimento di altri dispositivi nel circuito.
• Contattori: Interruttori elettromeccanici utilizzati per controllare carichi elettrici elevati.
• Strumenti di misura: Come voltmetri e amperometri, usati per monitorare i parametri elettrici.
• Barre di distribuzione: Conduttori che ripartiscono l’energia elettrica ai vari circuiti del quadro.

Il quadro elettrico serve come punto centrale di controllo e protezione per tutto l’impianto elettrico, consentendo di isolare e gestire i vari circuiti in modo sicuro ed efficiente. Viene comunemente utilizzato sia in contesti residenziali che industriali, adattando la sua complessità e dimensione alle esigenze specifiche dell’installazione.

Tipologie di quadri elettrici

I quadri elettrici possono variare per dimensioni e materiali in base all’uso previsto e alle esigenze di spazio, protezione dagli agenti atmosferici e numero di dispositivi da gestire. In generale, a seconda del tipo di impianto da installare, si possono utilizzare diverse tipologie di quadri elettrici:

• Quadri elettrici ad incasso: Utilizzato principalmente per impianti industriali.
• Quadri elettrici a parete: Montato sporgente sulla parete, occupa più spazio nella stanza in cui è installato.
• Quadri elettrici da interno e da esterno: Differiscono per il grado di protezione; i quadri da esterno sono “stagni” per essere isolati da acqua, liquidi e agenti atmosferici. 

Un’altra distinzione riguarda la tensione gestita dal quadro:

• Quadri elettrici di bassa tensione: Inferiore a 1 kV.
• Quadri elettrici di media tensione: Tra 1 e 30 kV.
• Quadri elettrici ad alta tensione: Tra 30 e 150 kV.
• Quadri elettrici ad altissima tensione: Superiori a 150 kV.

La tensione gestita influisce sulla capacità di carico dell’impianto e sulle sue caratteristiche strutturali, oltre che sulla sua posizione. Questi e altri fattori determinano le differenze tra un impianto civile e uno industriale, influenzando anche i componenti del quadro elettrico stesso.

Quadri presenti in un impianto fotovoltaico 

In un impianto fotovoltaico, i quadri elettrici sono essenziali per garantire la sicurezza, la gestione e la distribuzione dell’energia prodotta. È necessario includere sia quadri per la corrente continua sia per la corrente alternata.

I quadri contengono le apparecchiature di manovra e protezione, inclusa una morsettiera per l’alloggiamento dei conduttori equipotenziali della struttura, collegata al conduttore di protezione generale dell’impianto.

Inoltre, i quadri elettrici devono essere certificati dal produttore secondo le normative vigenti. Di conseguenza, devono presentare:

• Targa identificativa con il nome o marchio del produttore
• Tipo, numero o altro mezzo di identificazione
• Marcatura visibile, leggibile e indelebile
• Dichiarazione di conformità CE e fascicolo tecnico
• Elenco delle caratteristiche meccaniche, elettriche e delle condizioni d’uso
• Rapporto delle prove effettuate con strumenti di misura
• Elenco dei materiali utilizzati
• Schemi elettrici con siglatura dei circuiti e dei componenti
• Disposizioni di sicurezza e avvertenze

Tutti questi dati devono essere riportati nella relazione tecnica.

Quadri di campo in corrente continua

I quadri di campo permettono di monitorare ogni singola stringa di pannelli fotovoltaici e di segnalare eventuali perdite nella produzione di energia. All’interno dei quadri, oltre agli apparecchi necessari per la protezione, sono inclusi anche dispositivi di monitoraggio della produttività dell’impianto.

Questi dispositivi trasmettono a un PLC di cabina i valori di corrente delle singole stringhe e lo stato degli interruttori e degli scaricatori, consentendo una valutazione puntuale della produttività dell’impianto tramite software.

Il quadro di campo è posizionato vicino ai pannelli fotovoltaici ed è un quadro di sezionamento dove convergono tutte le stringhe presenti. Le stringhe devono essere sezionabili singolarmente tramite dispositivi di protezione e sezionamento adeguati. Inoltre, devono essere installati scaricatori di sovratensione, diodi e fusibili.

Lo scopo del quadro elettrico in corrente continua è proteggere le stringhe all’ingresso dell’inverter, che è dotato di MPPT. 

Per garantire una protezione totale dell’impianto, tutti gli apparecchi di protezione devono essere dimensionati per le correnti e tensioni appropriate e collocati nel quadro elettrico, che deve avere un grado di protezione adeguato al sito di installazione.

Questi prodotti, realizzati in contenitori, sono equipaggiati con tutti i componenti necessari per funzioni di protezione e sezionamento, in base alla tipologia dell’impianto.

Quadro di protezione intermedio e fotovoltaico in corrente alternata 

Nel contesto di un impianto fotovoltaico, il quadro di protezione intermedio e il quadro in corrente alternata sono fondamentali per la sicurezza e l’efficienza del sistema.

Il quadro di protezione intermedio può essere posizionato dopo l’inverter e ha la funzione principale di proteggere cavi e componenti del sistema da sovraccarichi e cortocircuiti. Per questo motivo, include interruttori di protezione e scaricatori di sovratensione. 

Inoltre, può ospitare dispositivi che monitorano parametri elettrici come tensione e corrente, garantendo il funzionamento del sistema entro limiti sicuri. 

Può anche essere dotato di sistemi di comunicazione per trasmettere dati a un sistema di controllo centrale. Facilita la manutenzione e le operazioni di controllo, permettendo agli operatori di isolare facilmente sezioni dell’impianto per gli interventi necessari.

Il quadro fotovoltaico in corrente alternata può essere installato dopo l’inverter, oppure dopo il quadro intermedio se presente. La sua funzione principale è distribuire la corrente alternata generata dall’inverter alle varie utenze dell’impianto o alla rete elettrica. 

Include interruttori automatici e dispositivi di protezione per assicurare una distribuzione sicura e affidabile. Protegge il sistema da sovraccarichi, cortocircuiti e guasti a terra, utilizzando dispositivi di protezione differenziale e magnetotermici per rilevare e isolare eventuali guasti. 

Per il monitoraggio e il controllo, contiene strumenti di misura come voltmetri e amperometri per monitorare i parametri elettrici, e può essere dotato di dispositivi di comunicazione per integrare i dati nel sistema di gestione dell’impianto.

Entrambi i quadri, sia quello di protezione intermedio che quello in corrente alternata, devono essere adeguatamente dimensionati per le correnti e le tensioni specifiche dell’impianto, e devono avere un grado di protezione adeguato all’ambiente di installazione.

Per questo, il quadro di protezione intermedio e il quadro in corrente alternata sono componenti essenziali per garantire la sicurezza, l’efficienza e la gestione ottimale di un impianto fotovoltaico.

Quadro generale in corrente alternata 

Il quadro generale in un impianto fotovoltaico è il fulcro della gestione e della distribuzione dell’energia elettrica derivata dai pannelli solari. Si occupa di dirigere l’energia convertita dall’inverter verso le varie destinazioni, che possono essere sia le utenze interne dell’impianto che la rete elettrica esterna. 

Questa distribuzione avviene attraverso l’uso di dispositivi di protezione come magnetotermici e interruttori differenziali, i quali sono essenziali per garantire la sicurezza delle apparecchiature e degli utenti. 

Il quadro generale è inoltre dotato di dispositivi di sicurezza progettati per prevenire danni da sovraccarichi, cortocircuiti e guasti a terra, assicurando così un funzionamento ininterrotto e affidabile dell’impianto nel tempo. 

Dispone anche di strumenti che consentono agli operatori di monitorare l’efficienza e le prestazioni complessive dell’impianto nel corso del suo utilizzo.

In sintesi, il quadro generale in un impianto fotovoltaico rappresenta un elemento essenziale per garantire non solo una distribuzione sicura ed efficiente dell’energia prodotta, ma anche la protezione degli investimenti e il rispetto delle normative di settore.

Vantaggi e svantaggi dei quadri elettrici

I quadri elettrici, utilizzati per la gestione e la distribuzione dell’energia elettrica in diversi contesti, presentano vantaggi e svantaggi che dipendono dalle specifiche applicazioni e dalle esigenze dell’installazione. 

Vantaggi 

I quadri elettrici permettono di concentrare tutti i componenti necessari per distribuire l’energia elettrica in un singolo punto, semplificando sia la gestione che la manutenzione dell’impianto. Assicurano la protezione degli apparecchi grazie a dispositivi dedicati che prevengono danni in caso di sovraccarichi o cortocircuiti. 

In situazioni di emergenza o guasto, sono in grado di isolare rapidamente parti del sistema, facilitando le operazioni di manutenzione e riparazione. Alcuni quadri elettrici sono equipaggiati con avanzati sistemi di monitoraggio che consentono di controllare in tempo reale i parametri elettrici dell’impianto, ottimizzando così l’efficienza energetica e individuando tempestivamente eventuali anomalie. 

Possono essere progettati su misura per adattarsi alle specifiche necessità dell’installazione, in termini di dimensioni e di capacità di gestione dell’energia, e possono essere modificati facilmente per rispondere a cambiamenti nelle esigenze dell’impianto. 

Infine, devono conformarsi rigorosamente alle normative di sicurezza in vigore, garantendo un funzionamento conforme agli standard di settore e la sicurezza di operatori e utenti finali.

Svantaggi 

L’installazione iniziale del quadro elettrico richiede conoscenze tecniche specializzate e una pianificazione attenta per assicurare che sia configurato correttamente e funzioni in modo efficace.

I costi iniziali per l’acquisto e l’installazione dei quadri elettrici possono essere significativi, soprattutto per impianti di grandi dimensioni o complessi. Inoltre, è essenziale programmare una manutenzione regolare per garantirne il funzionamento ottimale nel tempo.

I quadri elettrici possono richiedere uno spazio considerevole, specialmente quelli progettati per gestire grandi volumi di energia o con numerosi circuiti. Questo può essere problematico in ambienti dove lo spazio è limitato.

Nonostante siano progettati per garantire sicurezza e protezione, i quadri elettrici possono occasionalmente subire guasti che potrebbero causare interruzioni nell’alimentazione elettrica se non affrontati tempestivamente.

In conclusione, i quadri elettrici presentano diversi vantaggi per quanto riguarda la sicurezza, la gestione e il controllo dell’energia elettrica. Tuttavia, è essenziale una pianificazione scrupolosa, un’installazione accurata e una manutenzione regolare per ottimizzare i benefici e mitigare gli eventuali svantaggi.

Come inserire i quadri elettrici in Blumatica Impianti Solari?

Blumatica Impianti Solari permette di creare lo schema elettrico, includendo cavi, quadri e dispositivi di protezione, tramite un wizard di progettazione.

All’interno del wizard, è possibile inserire non solo cavi in corrente continua e alternata, ma anche i vari quadri elettrici in corrente continua ed in corrente alternata. Ogni quadro può essere configurato specificando i dispositivi di protezione. 

Inoltre, durante la selezione dei quadri, per impianti ad alta potenza, è possibile raggruppare i quadri per ogni inverter, per numero di inverter oppure definire un quadro unico per tutti.

Una volta determinato il numero di quadri necessari per l’impianto, è possibile attivare i dispositivi di protezione sia in ingresso che in uscita, come interruttori, scaricatori di sovratensione, diodi e fusibili.

In particolare, è possibile assegnare dispositivi diversi per l’ingresso e l’uscita e, inserendo l’elemento da archivio, si possono attivare le verifiche elettriche sui componenti presenti nel quadro.

La scelta accurata dei componenti per la realizzazione dei quadri elettrici è fondamentale per garantire la massima sicurezza e funzionalità dell’impianto progettato. 

Con Blumatica Impianti Solari, è possibile eseguire verifiche elettriche di protezione contro sovraccarichi, sovratensioni e cortocircuiti. 

Per questo, è indispensabile scegliere un software che renda semplice e efficiente la progettazione di un impianto fotovoltaico: 

• Progettazione di impianti con diverse tipologie di allaccio: È possibile progettare impianti monofase in bassa tensione, trifase in bassa e in media tensione. 
• Progettare tutti i componenti di un impianto fotovoltaico: Specifiche procedure guidano nella progettazione e dimensionamento di tutti gli elementi, tra cui moduli fotovoltaici (fisso o ad inseguimento), inverter (standard, ibridi o con ottimizzatori), sistemi di accumulo (lato produzione monodirezionale in c.c, lato produzione bidirezionale in c.c, lato produzione bidirezionale in c.a. e lato post-produzione bidirezionale in c.a.), quadri, cavi e dispositivi di protezione. 
• Schema elettrico unifilare e multifilare: Dopo aver definito tutti i componenti, il software genera automaticamente lo schema elettrico dell’impianto fotovoltaico, sia unifilare che multifilare, dalla stringa alla rete.
• Progettazione integrata di più impianti con differenti codici POD in un unico file: Il wizard multisimulazione consente di creare più simulazioni all’interno dello stesso file di lavoro, ciascuna con il proprio codice POD e tenendo conto del reciproco ombreggiamento e dell’ingombro. Questa funzionalità è particolarmente utile nella progettazione di impianti condominiali.
• Progettazione in 2D e /o 3D: È possibile progettare impianti fotovoltaici utilizzando il CAD integrato, importando file DWG/DXF, immagini di sfondo (come quelle fornite da Google Maps) o modelli BIMBIM è l’acronimo di “Building Information Modeling”, traducibile in Modello di Informazioni di un Edificio. Il NIBS (National Institutes of Building Science) definisce il BIM come la “rappresentazione digitale di caratteristiche fisiche e funzionali di un oggetto”. IFCCos'è il formato IFC? E’ lo standard di riferimento del BIM. Acronimo di Industry Foundation Classes. Dopo aver definito i campi solari e le ostruzioni, il software calcola automaticamente gli ombreggiamenti. 
• Personalizzare in maniera puntuale le connessioni di tutte le stringhe: Una volta completata la progettazione dell’impianto, un wizard assiste nella personalizzazione delle connessioni di tutte le stringhe, ottimizzando così il progetto.
• Valutazione economica dell’impianto: Il software consente l’analisi di redditività dell’impianto tenendo conto dei costi (di realizzazione, periodici e una tantum), del regime contrattuale (comunità energetiche, agrivoltaico, scambio sul posto, ritiro dedicato, ecc.), del regime fiscale applicabile, degli incentivi (con verifica dei massimali di spesa), degli ammortamenti e di eventuali finanziamenti.
• Bilancio energetico: Il software permette un’analisi puntuale dei risultati dell’impianto progettato, visualizzando l’energia prodotta, accumulata, autoconsumata, immessa in rete, consumata, coperta da accumulo e prelevata dalla rete, anche su base oraria.

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