Dimensionamento dei trasformatori di distribuzione per progetti solari e di accumulo

Perché i progetti rinnovabili sono diversi

Un trasformatore di distribuzione in una fabbrica o in un edificio commerciale funziona vicino alla sua potenza nominale per gran parte della giornata. Un trasformatore in un parco solare no. La produzione aumenta al mattino, raggiunge il picco intorno a mezzogiorno e cala la sera, quindi l'unità trascorre gran parte delle sue ore di funzionamento ben al di sotto della capacità nominale. I valori tipicamente citati per gli impianti fotovoltaici indicano un carico medio annuo inferiore alla metà della potenza di targa.

L'accumulo a batteria si comporta in modo ancora diverso. Un sistema di accumulo si carica e si scarica ripetutamente durante la giornata, quindi il suo trasformatore vede più cicli operativi e un carico medio più elevato rispetto a un'unità fotovoltaica della stessa potenza.

Entrambi i casi portano alla stessa conclusione per quanto riguarda la specifica: l'unità è alimentata per molte più ore di quante sia a pieno carico. La perdita che si accumula continuamente è la perdita a vuoto nel nucleo, non la perdita sotto carico negli avvolgimenti.

Partire dall'inverter o dal PCS, non dal trasformatore

L'avvolgimento in bassa tensione deve corrispondere all'uscita in corrente alternata dell'inverter o del sistema di conversione di potenza. Comunemente è 0,4 kV per inverter stringa e di medie dimensioni, con 0,69 kV e 0,8 kV utilizzati da unità centrali più grandi. L'avvolgimento in alta tensione corrisponde al sistema di raccolta dell'impianto, che di solito è 10 kV, 20 kV o 35 kV a seconda delle dimensioni dell'impianto e della prassi locale.

Due dettagli vengono spesso definiti troppo tardi. Il primo è il gruppo vettoriale e la disposizione del neutro: la configurazione di messa a terra del trasformatore deve essere coerente con il progetto di messa a terra dell'impianto. Il secondo è cosa succede quando le unità funzionano in parallelo. Quando più trasformatori alimentano una sola linea, o più inverter alimentano un solo trasformatore, l'impedenza e il gruppo vettoriale devono corrispondere, e questa è una decisione di specifica piuttosto che un dettaglio da sistemare in cantiere.

Quale valore di perdita stai effettivamente pagando

La perdita a vuoto è presente ogni volta che il trasformatore è sotto tensione. La perdita sotto carico varia con il quadrato del carico. In un impianto che funziona a basso carico medio, la perdita a vuoto può rappresentare la quota maggiore del costo energetico nell'arco della vita — motivo per cui un progetto del nucleo a basse perdite a volte costa di più all'acquisto e meno nel corso della vita del progetto.

Molte gare gestiscono questo aspetto attraverso la valutazione capitalizzata delle perdite: un valore monetario per watt viene applicato a ciascuna cifra di perdita e aggiunto al prezzo di acquisto prima che le offerte vengano confrontate. Se la vostra gara non utilizza le perdite capitalizzate, tenete presente che il prezzo di acquisto più basso non è automaticamente il costo totale più basso.

Condizioni che modificano il progetto

Temperatura ambiente. La IEC 60076-1 considera condizioni di servizio normali una temperatura ambiente massima di 40°C, con una media di 24 ore di 30°C e una media annua di 20°C. I siti che superano questi valori richiedono la derating dell'unità, o l'ordine per una classe di temperatura ambiente superiore.

Altitudine. Le normali condizioni di servizio sono indicate fino a 1.000 m. Al di sopra, la rigidità dielettrica dell'aria diminuisce e il raffreddamento è meno efficace, quindi sia i livelli di isolamento che l'aumento di temperatura devono essere corretti.

Armoniche. L'uscita dell'inverter e del PCS contiene un contenuto armonico per il quale un trasformatore di distribuzione convenzionale non è progettato. Le perdite armoniche aggiuntive aumentano la temperatura degli avvolgimenti e possono richiedere una riduzione della potenza. Se la scheda tecnica del vostro inverter fornisce un valore di distorsione di corrente, comunicatelo al fornitore del trasformatore in fase di richiesta.

Condizioni del sito. I siti desertici e ad alta irradianza combinano un'elevata temperatura ambiente con l'apporto solare. Le installazioni in container o a secco in interni richiedono che il percorso del flusso d'aria sia pianificato prima di specificare l'unità. I progetti costieri richiedono che la classe di corrosione per la cassa e gli accessori sia definita precocemente, perché influisce sui tempi di consegna oltre che sul prezzo.

Cosa confermare prima di ordinare

· Capacità nominale e rapporto bassa tensione / alta tensione

· Intervallo di regolazione, tipicamente ±2 × 2,5%

· Gruppo vettoriale e disposizione del neutro

· Impedenza e se le unità saranno messe in parallelo

· Valori delle perdite a vuoto e sotto carico, e la correzione applicata per temperatura ambiente / altitudine

· Per il tipo a secco: classe di raffreddamento (AN o AF) e potenza nominale in condizioni di raffreddamento forzato

· Ambito delle prove e se è richiesta l'ispezione da parte di terzi

· Livello di efficienza energetica richiesto nel mercato di destinazione, ove regolamentato

Su quest'ultimo punto, se il progetto si trova nell'Unione Europea, la sola conformità alla IEC 60076 non è sufficiente. Il Regolamento (UE) 2019/1783 della Commissione stabilisce i livelli massimi di perdita per i trasformatori di potenza piccoli, medi e grandi immessi sul mercato dell'UE, con la serie EN 60076 come norme armonizzate. Il livello di perdita richiesto dovrebbe essere indicato nelle specifiche fin dall'inizio, perché modifica il progetto del nucleo piuttosto che la finitura.