Progetto esecutivo boiler fotovoltaico

QUESTO PROGETTO VIENE DIFFUSO A TITOLO DI STUDIO E L’AUTORE NON SI ASSUME NESSUNA RESPONSABILITÀ ESPLICITA O IMPLICITA RIGUARDANTE INCIDENTI O POSSIBILI DANNI DERIVANTI DALL’USO DI QUANTO ESPOSTO. CHI REALIZZA E UTILIZZA LE INFORMAZIONI PRESENTI IN QUESTA PAGINA LO FA A SUO ESCLUSIVO RISCHIO E PERICOLO ASSUMENDOSI TUTTE LE RESPONSABILITÀ CHE NE POSSANO DERIVARE. OPERARE CON LA CORRENTE CONTINUA E’  RISCHIOSO   PERCHE’ UN IMPIANTO MAL ESEGUITO O NON CORRETTAMENTE MANUTENUTO PUÒ FACILMENTE INCENDIARSI.

PRIMA DI PROCEDERE LEGGERE questo istruttivo studio fatto dai vigili del fuoco  sulle molteplici cause che possono determinare un incendio in un impianto fotovoltaico.

 

 

Sigla schema

Funzione

Dati Tecnici

I

Interruttore generale lato rete alternata

interruttore bipolare 250V 10A

F

Fusibile generale lato rete alternata

Fusibile 250V 10A

T

Trasformatore ausiliario per l’alimentazione del relé lato corrente alternata e del teleruttore lato corrente continua

Trasformatore 220v/24v 30 VA 50Hz

Ba

Termostato a bulbo inserito nello stelo della resistenza, regolato a circa 45° che ha la funzione di dare il consenso all’alimentazione del relè R quando la temperatura dell’acqua boiler scende sotto il valore regolato.

Tensione di lavoro di 250V c.a 5A.


Immagine

 

Bs

Termostato bimetallico da inserire nello stelo della resistenza tarato a circa 70°, esso ha la funzione di disalimentare il boiler sia lato c.a. che lato c.c. al superamento di una soglia di sicurezza di 70°.

 

 

Tensione di lavoro di 250V c.a 5 A.

Immagine

C*(Vedere nota sotto)

Commutatore 3 posizioni:

Pos1=Funzionamento automatico

Pos2=Funzionamento solo solare

Pos3=Funzionamento forzato

Commutatore tre posizioni 250v 10A

R

Relé alimentazione resistenza lato rete

Relè ditta Finder o equivalente octal 250v 10A bobina 24 volt c.a.

 

RCA – RCC

Resistenza boiler lato alternata 1200 Watt 230Volt, lato continua 800 Watt 100 Volt.

Foto

 

TCC ** (Vedere nota sotto)

Teleruttore alimentazione lato pannelli solari.

CONTATTORE ABB Tipo A16-30-10 Bobina 24V 50-60 Hertz con contatto ausiliario NO (normalmente aperto)

Foto

L1 – L2

Lampade spia

Spia fluorescente bassa tensione 24Vca

A

Amperometro misura corrente prodotta dai pannelli solari

Amperometro da pannello corrente corrente continua 10 A fondo scala

FC

Fusibile con sezionatore. serve ad isolare i pannelli dall’impianto per lavori o durante le assenze prolungate dell’utente

Portafusibile sezionatore

     
DV*** Diodo volano protezione pannelli solari Dati tecnici

S***

Sezionatore bipolare di linea manovrabile sotto carico. Esso seziona un solo polo come da schema con i due contatti in serie perché operare sui due poli, causa la ridotta distanza tra gli stessi, non appariva sicuro. L’effettivo sezionamento dell’impianto avviene estraendo i due fusibili Fc sopraccitati.

immagine

PS1PS2PS3

Tre Pannelli solari collegati in serie

Pannelli da 240 Watt 30 Volt tipo CS6P-P prodotti da Canadian Solar.

Dati tecnici clicca qui

NOTE:

C* Funzioni del Commutatore tre posizioni:

Posizione 1: funzionamento automatico, il sole da tutto quello che può, se non ce la fa quando la temperatura scende sotto il valore prefissato dall’utente la rete enel interviene a riportare il valore della temperatura al valore prefissato. Se ad esempio la temperatura del termostato Ba é stata impostata a 45 gradi, sotto tale valore si chiude il contatto del termostato e in tal modo alimenta il relè R il quale chiudendosi con i due contatti in serie alimenta la sezione alternata della resistenza. In relazione al grado di sensibilità del termostato superato di qualche grado la temperatura impostata il termostato si apre e disalimenta la resistenza lato rete lasciando lavorare solo quella lato pannelli solari.

Posizione 2: Solo sole, é la posizione più risparmiosa in quanto lavora solo il sole. Se la famiglia accetta di non avere sempre la temperatura al top, in tale posizione, anche senza rete c’e sempre a disposizione, anche nelle condizioni meteorologiche non ottimali, un pò di acqua tiepida per le normali funzioni di lavarsi le mani, il viso, i piatti ecc e in tempi di guerra può essere accettabile.

Posizione 3: alimentazione forzata. In tale posizione, come si vede dallo schema, viene escluso il termostato Ba per cui la rete spinge, indipendentemente dal sole, la temperatura massima impostata con il termostato Bs. Scopo di tale posizione é quello di arrivare alla maggiore temperatura per particolari esigenze quali ad esempio disinfettare il boiler dalla legionella.

Tcc ** Teleruttore lato continua

Il teleruttore ideale, da un punto di vista progettuale, sarebbe stato un apparecchio omologato per uso in corrente continua ma costa molto per cui si é ripiegato su un teleruttore c.a. di potenza tripolare: collegando in serie i tre contatti ha dimostrato di operare ugualmente bene.

Il tipo in corrente continua che stato individuato é prodotto da Shaltbau, serie C 137 Dati tecnici qui

I componenti della tabella sopra contrassegnati con tre asterischi sono collocati su un pannello posto sul solaio della abitazione all’uscita dei pannelli. In esso sono collocati:

Un sezionatore manuale a coltello S per isolare i panelli in caso necessità: Manutenzione, ricerca guasti, assenze prolungate dalla abitazione.

Diodo Dv ( freewheel diode) ha  la funzione di proteggere i pannelli da qualsiasi Spike  che porti tensione inversa verso di essi e li possa danneggiare.

NOTA: nei primi anni della sperimentazione  c’era anche un diodo di blocco, Db, tra diodo Dv e fusibile Fc, ancora visibile nella foto del pannello di sezionamento. Esso  aveva lo scopo di impedire   che una tensione positiva potesse entrare nei pannelli danneggiandoli, magari a seguito di un contatto accidentale con la rete alternata ma  poi é stato tolto ritenendo tale evento altamente improbabile e poi perché si ‘mangiava’ circa 3 watt  riducendo il rendimento dell’impianto.

Esecuzione impianto parte elettrica

Introduzione

Progettazione e layout impianto ha avuto come filo conduttore quello della sicurezza intesa ad impedire il verificarsi di uno  qualsiasi dei seguenti i tre eventi:

1) Contatto accidentale tra il polo positivo e quello negativo sulla linea corrente continua

1) Contatto accidentale verso massa della linea corrente continua

3) Contatto accidentale tra la sezione corrente continua e la sezione rete alternata 220 Volts

Dopo aver collocato i panelli solare sul tetto sono stati calati due cavi unipolari di 4 millimetri di diametro portandoli come da schema, al sotto indicato pannello ma senza collegarli, saranno collegati solo dopo il collaudo finale.

I cavi provenienti dai pannelli solari, dopo il collaudo,  si intestano nella unità sezionamento e protezione pannelli solari (Immagine sopra ) collocata in un solaio in prossimità dei pannelli solari. Il sezionatore S é senza protezione per poter controllare periodicamente lo stato dei contatti.

Con riferimento alle sigle dello schema nell’unità sezionamento e protezione pannelli solari sono contenuti i seguenti componenti:
Sezionatore S, Fusibili Fc, Diodo Dv . In questo pannello sono contenuti i seguenti componenti: S, Dv,  Fc


Dalla unità sezionamento e protezione pannelli solari vista sopra partono i due cavi che andranno ad alimentare la resistenza del boiler, in particolare:  il cavo negativo  va collegato, senza altre interruzioni, ad un polo della resistenza lato continua del boiler mentre il polo positivo entra nell’unità interruttore corrente continua mostrata qui sotto  che contiene anche l’amperometro per la misura della corrente erogata dai pannelli.

L’uscita del teleruttore va collegata all’altro polo della resistenza boiler lato corrente continua mentre il comando del teleruttore va al pannello di controllo sotto descritto.

Con riferimento alle sigle dello schema nel unità interruttore corrente continua sono contenuti i seguenti componenti:
TCC
L2
A (Amperometro)

 

 

Al pannello di controllo, mostrato qui sotto,  entra la rete 220 v c.a.  messa a terra, i cavi provenienti dai termostati allocati dentro la sede termostati della resistenza boiler, i cavi comando bobina del teleruttore corrente continua.
All’interno del pannello c’e un contatore l’energia elettrica assorbita dalla rete dal boiler.

La misura della potenza/energia prodotta dai pannelli fotovoltaici é fatta in modo saltuario  con un altro strumento low cost che non ha la sicurezza per essere stabilmente inserito nel circuito.

 

ATTENZIONE: il boiler fotovoltaico presentato qui é forse, al momento, l’unico dispositivo domestico alimentato in modo promiscuo con corrente alternata e continua e pertanto il massimo dello scrupolo é fondamentale dal momento della progettazione sino al montaggio finale e nei controlli periodici a cui sottoporlo che primariamente consistono nel verificare il perfetto isolamento da terra del lato continua e l’efficienza del teleruttore Tcc.

Esecuzione impianto parte idraulica

L’impianto idraulico é uguale a quello di qualsiasi normale boiler elettrico tradizionale. L’unica variante da apportare é la sostituzione della resistenza esistente con quella speciale a 4 terminali descritta sopra.

Tale resistenza ha un diametro maggiore rispetto a quelle standard e quindi, per poterla montare nel boiler, si é reso necessario realizzare una nuova flangia avente un filetto di un pollice e 1/2.

Qui sotto ci sono le immagini della flangia modificata con relativa resistenza e barra magnesio anticorrosione.

Immagini flangia modificata e relativa resistenza boiler 4 terminali

                               

 

 

Controlli prima della messa in tensione dell’impianto

Aprire interruttore di rete I togliere fusibile F, aprire sezionatore S e togliere i fusibili Fc ed Fc

Battere con cicalino acustico o tester tutto l’impianto per verificare la sua conformità allo schema
Controllare messa terra boiler e della custodia del panello di controllo se metallica.

Controllo isolamento verso massa dei cavi linea pannelli solari
Controllo isolamento tra il lato alternata e il lato continua

Per la verifica dell’isolamento occorre un MEGGER

Messa in tensione dell’impianto

La prova avviene in tre fasi: prima si prova solo il lato rete alternata, poi si esclude il lato rete alternata e si prova il lato pannelli solari e nella terza fase si provano assieme.

 

1) Prova lato rete

Regolare il termostato lato rete Ba alla massima temperatura.

Inserire fusibile F e chiudere interruttore I: il relè R si eccita, la spia L1 si accende, dovrebbe iniziare a fluire corrente nella resistenza boiler RCA. Senza attendere il riscaldamento dell’acqua basta osservare il contatore di rete.

Regolare il termostato lato rete Ba alla minima temperatura: il relè R si diseccita, la spia L1 si spegne e cessa di fluire corrente nella resistenza, basta osservare il contatore di rete e vedere il decremento della potenza assorbita.

APRIRE INTERRUTTORE GENERALE I

2) Prova lato pannelli solari

Recarsi in prossimità dei pannelli solari e collegare  i cavi dei PF all’ingresso  della unità sezionamento e protezione pannelli solari dopo aver aperto il sezionatore S ed estratto i fusibili Fc.

Con un tester in prossimità dell’ unità sezionamento e protezione pannelli solari  misurare la tensione generata dai pannelli,   a vuoto potrebbe raggiungere un valore dipendete dall’ora, da sole e dalla stagione che potrebbe arrivare a circa 140 volts. comunque non meno di 100 volt.

Inserire in sede i due fusibili Fc e chiudere il sezionatore S

Recarsi in prossimità del Boiler e unità interruttore corrente continua posizionare il puntale positivo del tester sul primo contatto del teleruttore TCC, quello sui cui arriva il cavo proveniente il fusibile Fc e il puntale negativo va posizionato sul morsetto di collegamento tra la resistenza RCC e il cavo che viene dal catodo del diodo Dv: si deve leggere la stessa tensione letta nel pannello sotto tetto.

 

Commutare il commutatore C nella posizione 2 E chiudere l’interruttore generale I: si deve udire il classico clack del teleruttore TCC che si chiude, si vede la lampada L2 accendersi e se c’e il sole l’amperometro deve indicare una corrente: il valore massimo leggibile su tale strumento si aggira sui 7Ampere corrispondente a circa 600 watt di potenza immessa nella resistenza RCC.

3) Prova finale: rete e pannelli solare

Regolare il termostato Ba attorno ai 45, presumendo che l’acqua nel boiler sia fredda,il contatto del termostato Ba chiude, R si eccita L1 si accende e comincia a fluire corrente nella resistenza lato rete RCA.

Se c’e sole anche l’amperometro PV segna una corrente: le due sorgenti, rete e PF pompano energia sulle due resistenze. Trascorsa qualche ora  il termostato di rete apre il circuito lato rete mentre la corrente continua, se c’e sole continua a fluire nella resistenza RCC e scalda ulteriormente l’acqua con un processo più lento della rete perché l’energia é minore. Sino a quando non si raggiungono i 7o gradi non succede nulla, il sole lavora, la rete non immette energia ma se si dovesse fare un rapido prelievo di molta acqua calda da far scendere la temperatura sotto i 45° la rete riprende a fornire energia alla resistenza RCA e il processo procede come sopra descritto.

Manca ancora la prova del blocco totale impianto al raggiungimento dei 70°. Per fare ciò ruotare il commutatore sulla posizione 3 e attendere, sul posto, il raggiungimento dei 70°: si dovrà vedere la contemporanea disalimentazione sia del relé R che del teleruttore TCC interrompendo totalmente il flusso di energia alle resistenze.


Manutenzione

Dopo due anni di funzionamento svuotare il boiler e controllare se e quanto calcare é presente. Sulla base della quantità rilevata l’Utente stabilirà la frequenza delle successive ispezioni.

Controllare  due volte l’anno l’isolamento impianto lato pannelli solari.

 

Riferimenti:

https://library.e.abb.com/public/de4ebee4798b6724852576be007b74d4/1SXU210206G0201.pdf