78564 - CONVERSIONE FOTOVOLTAICA ED ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si pone gli obiettivi di fornire gli elementi di base su componenti e circuiti elettronici di potenza impiegati per la generazione fotovoltaica e l'accumulo dell'energia elettrica. Al termine gli allievi acquisiscono la capacità di scegliere la procedura per il dimensionamento di massima delle diverse tipologie di convertitori dc/dc, la conoscenza delle caratteristiche della radiazione solare e della conversione fotovoltaica, la conoscenza dei criteri del dimensionamento di un generatore fotovoltaico e dei relativi dispositivi elettronici di potenza nelle configurazioni stand-alone e grid-connected, la conoscenza di caratteristiche e criteri di dimensionamento per i principali sistemi di accumulo dell'energia elettrica quali: sistemi elettrochimici, magneti superconduttori (SMES), supercondensatori, volani, idrogeno e celle a combustibile, dei sistemi ibridi, microaccumulo, della gestione ottimale dei processi di carica e scarica grazie anche alla presentazione di esempi di applicazione dell'accumulo in sistemi stand-alone ed in sistemi grid-connected.

Contenuti

Parte IA - Fondamenti di elettronica di potenza
Introduzione alle apparecchiature elettroniche per la conversione statica dell'energia elettrica. Generalità sui convertitori switching, bilanci di potenza. Commutazione naturale e commutazione forzata. Interruttori ideali ed interruttori reali, perdite di conduzione e di commutazione. Dispositivi elettronici di potenza: diodi, tiristori (SCR), GTO, transistor bipolari (BJT), MOSFET, IGBT, nuove tecnologie. Rete termica dei componenti. Elementi per il progetto e la verifica termica. Convertitori switching: la cella base di commutazione (chopper). La modulazione a larghezza di impulso (PWM). Implementazione analogica e digitale. Convertitori DC/DC: abbassatori (buck), innalzatori (boost), configurazioni buck-boost. Ramo completo, funzionamento ad 1 e 2 quadranti. Calcolo delle perdite e del rendimento. Controllo della corrente con convertitori a tensione impressa: ad anello aperto, in retroazione, regolazione ad isteresi.

Parte IB - Conversione fotovoltaica dell'energia
Il sistema sole-terra. La radiazione solare e l'atmosfera terrestre, feno­meni di riflessione, diffusione, assorbimento. Opacità atmosferica, air mass (AM). Disponibilità delle fonti energetiche di origine solare: irraggiamento solare, ener­gia idrica, energia eolica, biomasse, energia solare fossile. Prime evidenze sperimentali, effetto fotoelettrico, giun­zione PN, effetto fotovol­taico. Tecnologie basate sul silicio: monocristallino, policristal­lino, amorfo (film sottile). Nuovi materiali e celle di terza generazione. Caratteri­stica I-V delle celle fotovoltaiche. Cella, modulo, pannello, stringa e campo fotovoltaico. Connes­sioni serie/parallelo, caratteristica I-V complessiva, problema­tiche dovute all'irraggiamento e/o alle sovratemperature locali (hot spot). Diodi di bypass e diodi di blocco. Efficienza di conversione, tecniche di insegui­mento della massima potenza (MPPT): perturb & observe, conduttanza incrementale, rip­ple correlation control, tan­dem. Calcolo della radiazione solare al suolo su una superfi­cie inclinata: radia­zione diretta, diffusa e riflessa (albedo). Struttura di un im­pianto fotovoltaico: grid-con­nectedstand-alone. Choper dc/dc per l'inseguimento MPP, la rego­lazione della tensione lato inverter e/o l'isolamento galvanico. Inverter di rete mono­fase e trifase. Strutture con trasformatore in alta frequenza e con trasformatore in bassa frequenza. Possibilità di accoppiamento diretto pannelli-inverter. Inverter multili­vello. Possibilità di regola­zione della potenza reattiva, compensazione armo­nica, bilanciamento dei flicker e dei cari­chi squilibrati. Dispositivi di accumulo e conver­titori per la gestione dei relativi flussi energetici. Dimensionamento di mas­sima di un generatore fotovoltaico, criteri di progetto, normativa vigente e regime di incentivazione.

Parte II - Accumulo dell'energia elettrica
Sistemi di accumulo dell'energia elettrica: dispositivi elettrochimici, magneti superconduttori (SMES), supercondensatori, volani, idrogeno e celle a combustibile, dei sistemi ibridi, microaccumulo. Gestione ottimale dei processi di carica e scarica. Esempi di applicazione dell'accumulo in presenza di fonti rinnovabili in sistemi stand-alone ed in sistemi grid-connected.

Testi/Bibliografia

- Mohan, Undeland, Robbins: ELETTRONICA DI POTENZA Convertitori e applicazioni . HOEPLI.
- Cucumo, Marinelli, Oliveti: Ingegneria Solare . Pitagora Editrice, IT.
- Groppi, Zuccaro: Impianti solari fotovoltaici.  Editoriale Delfino, Italia.
- AA.VV: Fotovoltaico. Guida per progettisti e per installatori.  ISES Italia.
- AA.VV: I SISTEMI DI ACCUMULO NEL SETTORE ELETTRICO, Libro Bianco, ANIE-RSE, 2015.

Metodi didattici

Il corso è suddiviso in lezioni ed esercizi in aula, ed esercitazioni in laboratorio.
Ad ogni argomento di lezione corrispondono dimostrazioni, esempi, ed esercizi applicativi.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale, in lingua italiana e/o inglese. Consiste di norma in 4 domande, 2 sulla I parte e 2 sulla II parte.
E' possibile sostenere una prova parziale relativa alla I parte (in intinere) ed una prova parziale relativa alla II parte (a fine corso).

Strumenti a supporto della didattica

Dispense redatte a cura del docente.
Sono disponibili anche libri di testo in lingua italiana ed inglese.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gabriele Grandi

Consulta il sito web di Antonio Morandi