La presentazione di Carla Sanna nel corso dell'evento "Progetto Cluster Energie Rinnovabili" che si è tenuto il 13 febbraio 2015 a Macchiareddu (CA) nella sede di Sardegna Ricerche. Il workshop è stato organizzato per illustrare i primi risultati del Progetto Cluster Energie Rinnovabili.

1. Attività di monitoraggio delle reti: risultati di un
caso studio
La microrete della sede di
Macchiareddu di Sardegna Ricerche
REPUBBLICA ITALIANA
Carla Sanna
Cagliari 13 febbraio 2015

2. REPUBBLICA ITALIANA
Sistemi energetici integrati e innovativi:
analisi delle micro reti intelligenti e studio della loro configurazione per
una applicazione rivolta alla gestione integrata dell’energia
Progettazione di una microrete:
2) Fase di studio dello stato attuale
1) Identificazione della sede Sede della Piattaforma Energie Rinnovabili
3) Predisposizione e adeguamento dell’esistente alle necessità della microrete
Cosa abbiamo fatto?

3. REPUBBLICA ITALIANA
Caratteristiche della fornitura elettrica di
Macchiareddu
Caratteristiche della fornitura:
Tensione di fornitura : 380V – bassa tensione
Potenza disponibile: 250kW
RETE
CPV
PV
Carichi
Carichi
La quasi totalità dei carichi presenti nella sede di
Macchiareddu sono di tipo
NON LINEARE
• PCs
• Stampanti
• Fotocopiatrici
• Fax
• Illuminazione a neon
• Strumentazione elettronica ( oscilloscopi,
generatori di funzioni, carichi elettronici)
• Simulatori solari
• Etc…

4. REPUBBLICA ITALIANA
Carichi lineari vs carichi NON lineari
L’ente fornitore di energia elettrica è tenuto a garantire determinati standard per quanto
riguarda la tensione di fornitura.
[CEI EN 50160: “Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione
dell’energia elettrica”]
La qualità della fornitura elettrica non dipende solo dalle caratteristiche
offerte dal fornitore ma anche dal tipo di utente
I carichi lineari assorbono corrente perfettamente
sinusoidale con la stessa frequenza della tensione
di alimentazione. La corrente potrebbe essere
sfasata rispetto alla tensione
( es: le normali lampadine, le stufe a resistenza,
frigoriferi, motori a induzione, carichi resistivi, etc )
I carichi NON lineari assorbono corrente
distorta che è periodica con frequenza a 50Hz ma
è costituita da più armoniche
(es: PCs, fax, lampade a fluorescenza,
apparecchiature dotate di un circuito elettronico)

5. REPUBBLICA ITALIANA
Carichi non lineari
Una corrente periodica distorta può essere scomposta in più componenti
aventi frequenze multiple della fondamentale e ampiezze via via decrescenti (analisi di Fourier)
Correnti distorte Armoniche
Fondamentale
(50Hz) = 50A
5° armonica
(250Hz) = 17 A
6° armonica
(300Hz) = 12 A
11° armonica
(350Hz) = 7 A
+
+
+
=
Corrente distorta, 50 A, 50Hz

6. REPUBBLICA ITALIANA
Carichi non lineari
Come si quantifica il contenuto armonico di un segnale periodico?
Correnti distorte Armoniche
Fondamentale
(50Hz) = 50A
5° armonica
(250Hz) = 17 A
6° armonica
(300Hz) = 12 A
11° armonica
(550Hz) = 7 A
Corrente distorta, 50 A, 50Hz
Per quantificare il grado di
distorsione si utilizza il THD
Total Harmonic Distortion

7. REPUBBLICA ITALIANA
Le armoniche possono causare diversi problemi:
• sovraccarico della rete di distribuzione
• deformazione della tensione di alimentazione con conseguente
malfunzionamento degli apparecchi elettronici più sensibili
• surriscaldamento e riduzione della vita utile di cavi e trasformatori
• sovraccarico del conduttore di neutro dovuto alla
somma delle correnti di terza armonica create dai carichi
monofase
• disturbi alla linee di comunicazione (telefono)
• malfunzionamento dei sistemi di protezioni
• Etc…
Danni causati dalle armoniche
L’impatto delle armoniche può essere gravoso da un punto di vista economico:
• l’usura precoce porta ad una vita utile inferiore dell’impianto
• il sovraccarico della rete si traduce in contratti più gravosi e perdite supplementari, a meno di un
sovradimensionamento
• la deformazione della corrente può causare interventi intempestivi degli organi di protezione e
l’arresto delle linee di produzione con conseguenti perdite
I costi derivanti dall’usura del materiale, dalle perdite energetiche e di
produttività possono ridurre notevolmente la competitività delle aziende

8. REPUBBLICA ITALIANA
Campagna di monitoraggio
RETE
CPV
PV
Carichi
PV
Impianto fotovoltaico tradizionale
di tecnologia mista monocristallino
e amorfo da 18.70kW
CPV Impianto fotovoltaico a elevata
concentrazione con celle a
tripla giunzione e lenti di fresnel
da 6.2kW

9. REPUBBLICA ITALIANA
Strumentazione usata:
WT3000 power analyzer
Campagna di monitoraggio
RETE
CPV
PV
Carichi
Punto di misura
Precisione 0.02% del valore letto
Bandwith : 0.1Hz ÷ 1MHz e segnali DC
Grandezze misurate:
Tensioni e correnti sulle tre fasi e il neutro ( U1,U2,U3-I1,I2,I3,I4)
Analisi dell’evoluzione dei THD in diverse condizioni di carico e di generazione di energia elettrica
• Giornata feriale
• Giornata lavorativa tipica
Impatto degli impianti FV

10. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata festiva: pochi carichi non lineari
RETE
PV
Carichi
Punto di
misura
Analisi effettuata in una giornata
festiva con e senza impianto
FV da 18.70kW
HCPV
RETE
PV
Carichi
HCPV
Punto di
misura

11. REPUBBLICA ITALIANA
Al di fuori delle
ore «solari» i
THD sulle tre fasi
sono compresi
tra 15% e 35%
RETE
PV
Carichi
Punto di
misuraHCPV
Giornata festiva: evoluzione della potenza attiva e dei THD delle
correnti in presenza di FV (18.70kW)

12. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata festiva: evoluzione della potenza attiva e dei THD delle
correnti in presenza di FV (18.70kW)
Zona di transizione
Regione fortemente distorta
dovuta alle fasi di accensione
e di stand-by dell’impianto.
La distorsione maggiore si ha
quando la potenza assorbita è
intorno allo zero.
RETE
PV
Carichi
Punto di
misuraHCPV

13. REPUBBLICA ITALIANA
Pmedia= 2,25kW
I tassi di distorsione
scendono al di sotto
del 10% quando la
potenza generata
supera più del doppio
quella media assorbita
RETE
PV
Carichi
Punto di
misuraHCPV
Giornata festiva: evoluzione della potenza attiva e dei THD delle
correnti in presenza di FV (18.70kW)

14. REPUBBLICA ITALIANA
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura
Giornata lavorativa
Evoluzione della potenza attiva totale ( 3 fasi)

15. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata lavorativa in presenza del solo CPV (6.2kW)
Al di fuori delle ore «solari» i
THDs sulle tre fasi sono
compresi tra 10% e 50% circa
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura

16. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata lavorativa in presenza del solo CPV
La zona di transizione non
è più riconoscibile e si confonde
con la zona centrale in cui i THDs
aumentano
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura

17. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata lavorativa in presenza di entrambi del solo FV
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura
Al di fuori delle ore
«solari» i THDs sulle tre
fasi non superano il
25÷30%

18. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata lavorativa in presenza di entrambi del solo FV
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura
Nelle ore «solari» la zona di
transizione non
è più riconoscibile e si confonde
con la zona centrale in cui i THD
aumentano

19. REPUBBLICA ITALIANA
Giornata lavorativa in presenza di entrambi gli impianti FV
(18.70kW + 6.2kW)
Al di fuori delle ore «solari» i THDs
sulle tre fasi sono compresi
tra 15% e 45% circa
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura

20. REPUBBLICA ITALIANA
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura
Zona di transizione
Regione fortemente distorta
dovuta alle fasi di accensione
e di stand-by degli impianti
Giornata lavorativa in presenza di entrambi gli impianti FV
(18.70kW + 6.2kW)

21. REPUBBLICA ITALIANA
I THD sulle tre fasi si riducono
notevolmente durante le ore
di produzione da fonte solare
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura
Giornata lavorativa in presenza di entrambi gli impianti FV
(18.70kW + 6.2kW)

22. REPUBBLICA ITALIANA
Confronto tra Forme d’onda e THD
(WD)
Giornata lavorativa tipica
senza impianti FV
(WD+ HCPV +FV)
Giornata lavorativa tipica con
entrambi gli impianti fotovoltaici
in funzione
(WD+FV)
Giornata lavorativa tipica con
solo l’impianto
FV tradizionale in funzione
(WD+ HCPV)
Giornata lavorativa tipica con
solo l’impianto
a concentrazione in funzione
I1 I2 I3
WD 26.8 22.4 34.7
WD+CPV 28.9 79.2 100
WD+FV 30.4 33.05 25.13
WD+CPV+FV 14.6 9.1 20.6

23. REPUBBLICA ITALIANA
Confronto tra le evoluzioni dei tassi di distorsione armonica delle correnti sulla fase 1
nelle diverse situazioni
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura
Assorbimento
medio
sulla fase 1 durante
una giornata
lavorativa
~ 3kW

24. REPUBBLICA ITALIANA
Relazione tra potenza attiva e evoluzione del THD sulle corrente
WD+PV
Giornata lavorativa tipo in presenza del solo fotovoltaico
tradizionale- fase 1
Al di fuori delle ore di
funzionamento
dell’impianto
tradizionale la potenza e il
THD sono stabili
Durante le ore solari
il profilo del THD riflette
l’andamento
della potenza e raggiunge
valori massimi quando la
potenza attiva è attorno
allo zero
RETE
PV
Carichi
Punto di
misura

25. REPUBBLICA ITALIANA
Relazione tra potenza attiva e evoluzione del THD sulle corrente
WD+HCPV
Giornata lavorativa tipo in presenza del solo fotovoltaico
a concentrazione- fase 1
Al di fuori delle ore di
funzionamento dell’impianto a
concentrazione potenza e THD
sono stabili
Zona di transizione
Durante le ore solari
il THD rispecchia
l’andamento
della potenza e raggiunge
valori massimi
quando la potenza attiva
è attorno allo zero
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura

26. REPUBBLICA ITALIANA
Relazione tra potenza attiva e evoluzione del THD sulle corrente
WD+PV+HCPV
Giornata lavorativa tipo in presenza del solo fotovoltaico tradizionale
- fase 1
I THD scendono a valori
intorno al 10% quando
la quando la potenza
generata supera del
doppio quella assorbita
~ 3kW potenza istantanea media
sulla fase 1 durante una giornata
lavorativa
Zona di transizione
RETE
HCPV
PV
Carichi
Punto di
misura

27. REPUBBLICA ITALIANA
Conclusione e prospettive
• Analisi e monitoraggio della qualità della rete
• Influenza degli impianti fotovoltaici sull’evoluzione dei tassi di distorsione armonica
• Attenzione al bilanciamento!!!!!
• Predisposizione di sistemi di compensazione delle armoniche
• Installazione di una unità UPS
• Studio dell’influenza dell’UPS
• Sviluppo di una microgrid su banco prova

28. RETE
Batteria CPV PV Carichi
Unità di gestione e controllo della microgrid
Al fine di mitigare gli effetti della non linearità dei carichi e di rendere la rete più stabile
È stata acquistata un’unità UPS.

29. RETE
Batteria CPV PV
Carichi
UPS
Unità di gestione e controllo della microgrid
Al fine di mitigare gli effetti della non linearità dei carichi e di rendere la rete più stabile
È stata acquistata un’unità UPS.
Batteria

30. REPUBBLICA ITALIANA
Carla Sanna
Piattaforma Energie Rinnovabili
Laboratorio di energetica elettrica
Tel. +39-070 9243-2707
sanna@sardegnaricerche.it
Grazie per l’attenzione
Sardegna Ricerche – ZI Macchiareddu, VI Strada Ovest – 09010 Uta (CA)
www.sardegnaricerche.it