Gli impianti FV portoghesi si affidano a soluzioni di monitoraggio Funzionamento affidabile ed economicamente vantaggioso dei parchi solari

Wirtgen Invest Holding GmbH, con sede a Neustadt (Wied), in Germania, sta investendo nell'espansione delle energie rinnovabili in Portogallo. Nel 2020 e 2021 Wirtgen Invest ha costruito con i suoi partner sei impianti fotovoltaici.

Uno di questi partner è WiNRG GmbH di Amburgo, che opera nel settore delle energie rinnovabili dal 2005. I collaboratori dell'azienda gestiscono progetti e transazioni su larga scala di impianti eolici e fotovoltaici per i loro clienti a livello internazionale. Il team di progetto è completato dal responsabile del progetto EPC Conecon GmbH, da Zebotec GmbH in qualità di system integrator per il controllo e il monitoraggio degli impianti fotovoltaici, dal fornitore di software di analisi QOS Energy e da Phoenix Contact.

Secondo l'associazione tedesca delle industrie dell'energia e dell'acqua (Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., BDEW), più della metà dell'elettricità del Portogallo proviene da energie rinnovabili. Uno sguardo alle capacità installate mostra che soprattutto l'energia idroelettrica ed eolica svolgono un ruolo importante, mentre il fotovoltaico è poco utilizzato. Tuttavia, attualmente la situazione sta cambiando in modo significativo. Nel 2021 in Portogallo sono stati costruiti parchi solari con una potenza complessiva di 1,7 GWp. Secondo le previsioni, ci sarà un'ulteriore espansione di oltre 9 GWp entro il 2030. Le soluzioni di monitoraggio di Phoenix Contact sono già installate in sei parchi fotovoltaici portoghesi.

A metà del 2021, a Moura è stato inaugurato con successo il quinto parco solare. Il parco si trova nel sud-est del Portogallo, vicino al confine con la Spagna, e comprende più di 130.000 moduli fotovoltaici, che generano una potenza nominale di 49,4 MWp. L'impianto fotovoltaico si immette direttamente nella rete elettrica ad alta tensione tramite una sottostazione elettrica costruita di recente sul sito. L'elettricità viene poi commercializzata nell'ambito di un contratto di acquisto di energia (Power Purchase Agreements, PPA).

Insieme agli adiacenti impianti fotovoltaici di Amareleja e Ferreira do Alentejo, ai parchi di Cartaxo e Santarem a nord di Lisbona e all'impianto di Lagos nell'Algarve, Moura produrrà oltre 325 milioni di MWh di energia verde all'anno. Ciò consentirà di rifornire oltre 80.000 famiglie di quattro persone e di risparmiare 140.000 t di CO₂.

Poiché i singoli parchi fotovoltaici sono strutturati in modo simile, il concetto viene spiegato utilizzando l'esempio dell'impianto di Moura. 525 quadri di stringa a ingombro minimo raccolgono le correnti delle 7350 stringhe fotovoltaiche e le inoltrano ad altrettanti inverter SHP75 di SMA. Nel quadro di stringa, i cavi DC sono protetti da sovratensioni. Questo aspetto è importante, perché i parchi solari sono particolarmente minacciati da correnti atmosferiche e sovratensioni, a causa della loro superficie e della loro posizione esposta. Con gli scaricatori di correnti atmosferiche e sovratensione di Phoenix Contact, la disponibilità dei parchi solari può essere notevolmente aumentata. I dispositivi sono conformi alle norme EN 50539-11 e UL 1449 3rd ed per la protezione contro la sovratensione negli impianti fotovoltaici e sono approvati da KEMA. In caso di manutenzione, è possibile disinserire la tensione dei quadri di stringa per consentire l'esecuzione di interventi di manutenzione in tutta sicurezza.

Le tensioni AC convertite dagli inverter vengono trasmesse a 20 cabine di trasformazione installate sul campo e trasformate da 0,4 kV a 30 kV. Prima che l'energia solare possa essere immessa nella rete elettrica locale, i trasformatori convertono le tensioni AC raccolte nel punto di attacco alla rete da 30 kV a 60 kV. Qui i misuratori registrano i parametri della rete e li comunicano al regolatore di alimentazione centrale. Gli impianti di produzione di energia decentrati devono fornire il loro contributo per assicurare un'elevata stabilità della rete. A tal fine, i gestori di rete, che sono responsabili delle condizioni di allacciamento della rete negli impianti fotovoltaici, stabiliscono le aree specifiche per la frequenza e la tensione di rete e per la potenza reattiva. Per verificare tali condizioni, i regolatori per impianti di produzione di energia rilevano la tensione e la potenza reattiva presenti dei punti di collegamento alla rete. Su questa base, i dispositivi di Phoenix Contact determinano i rispettivi valori di regolazione e li trasmettono agli inverter, che possono essere regolati di conseguenza.

Oltre alla produzione di elettricità, i grandi parchi solari, come quello di Moura, generano una grande quantità di dati che devono essere raccolti, elaborati e analizzati per poter poi valutare il funzionamento economico dell'impianto fotovoltaico. Pertanto, in ognuna delle 20 stazioni del trasformatore è presente un data logger. I dispositivi lavorano con una modalità di rilevamento automatico, per cui tutti i sistemi installati nel parco fotovoltaico possono essere collegati facilmente tramite Plug & Play. Questo riduce nettamente i tempi di messa in funzione perché non è necessaria alcuna configurazione. Il manager inverter integrato nel data logger riceve i dati dagli inverter tramite Ethernet e li trasferisce al microcontrollore AXC 1050 della famiglia di prodotti Axiocontrol, anch'esso integrato. Inoltre, l'AXC 1050 registra i dati dei sensori meteorologici collegati.

Nel parco solare di Moura sono state installate sei stazioni meteorologiche con 14 sensori di temperatura dei moduli, otto piranometri, dodici celle di riferimento, due sensori di direzione del vento, due sensori di velocità del vento e due sensori combinati per temperatura, umidità e pressione dell'aria. I sensori ambientali di Phoenix Contact sono accoppiati direttamente al sistema di controllo tramite protocollo Modbus. Poiché i dispositivi sono già parametrizzati, sono immediatamente disponibili per la trasmissione dei dati meteorologici. Anziché cablarli singolarmente, i sensori possono essere semplicemente collegati in serie ai distributori a Y, per mezzo di collegamenti M12. In questo modo si riduce notevolmente lo sforzo di cablaggio sul campo e si semplifica l'integrazione dei sensori nel sistema complessivo. Rispetto alle stazioni meteorologiche compatte, i sensori di Phoenix Contact sono moduli singoli. Quindi, se un dispositivo si guasta, è necessario sostituire solo il sensore interessato.

Utilizzando i sensori meteorologici, il gestore può trarre conclusioni sulle prestazioni del suo impianto fotovoltaico, il cosiddetto Performance Ratio (PR). Il valore è calcolato in base al rapporto tra rendimento effettivo e rendimento target, laddove il rendimento effettivo è determinato sulla base del dispositivo per la misurazione dell’energia installati. I piranometri e le celle di riferimento, installati sia orizzontalmente sia inclinati di 25° rispetto al livello del modulo, forniscono informazioni sul rendimento target. Se la Performance Ratio calcolata è troppo bassa, il gestore ha la possibilità di intervenire di conseguenza. I data logger ricevono anche segnali digitali contenenti informazioni sulla temperatura del trasformatore e sullo stato del quadro di comando.

Tutti i dati provenienti dagli inverter, dai sensori meteorologici, dai trasformatori e dal quadro di comando vengono inviati a un sistema di controllo centrale del parco situato nella sala di controllo tramite una struttura ad anello ridondante con un cavo in fibra ottica. L'inoltro al portale Asset Performance Management di QOS Energy è facilitato dalla piattaforma di controllo aperta e flessibile di Phoenix Contact. Le analisi specifiche, le avvertenze e i rapporti derivanti dai dati ottimizzano infine i processi di lavoro del fornitore di servizi O&M.

Le tecnologie di automazione intelligenti di Phoenix Contact raccolgono costantemente tutti i dati dai sei parchi solari, che vengono poi valutati dalla soluzione Asset Performance Management di QOS Energy. Dall'acquisizione dei dati a livello di campo al controllo e alla visualizzazione dell'immissione in rete, Phoenix Contact fornisce a WiNRG GmbH soluzioni di monitoraggio complete e coerenti per la gestione dei parchi solari, rendendo possibile un funzionamento affidabile ed economicamente vantaggioso.

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