- Docente: Gabriele Grandi
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-IND/31
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Gabriele Grandi (Modulo 1) Antonio Morandi (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
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Corso:
Laurea Magistrale in
Ingegneria dell'energia elettrica (cod. 8611)
Valido anche per Laurea Magistrale in Ingegneria dell'energia elettrica (cod. 8611)
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-connected, stand-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 e valutazione 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