1.1 Premessa Negli ultimi anni si è assistito, nei principali Paesi industrializzati, a una diffusione sempre maggiore di impianti solari fotovoltaici collegati alla rete elettrica. Questo fenomeno rappresenta un’estensione delle applicazioni classiche del fotovoltaico che, fino a qualche anno or sono, consistevano principalmente nell’alimentazione di piccole-medie reti isolate. In Italia, gli impianti fotovoltaici allacciati alla rete elettrica, dopo una rapida iniziale diffusione operata principalmente dall’Enel, hanno subito una battuta d’arresto a causa della mancata attuazione di programmi d’incentivazione a livello nazionale e della presenza di numerosi e controversi problemi di carattere normativo, tariffario e fiscale, non ancora risolti, spesso tali da scoraggiare iniziative che non avessero come fine la ricerca o la sperimentazione di soluzioni innovative. Viceversa, in quasi tutti gli altri Paesi industrializzati sono stati attuati, a livello centrale o locale, dei programmi di supporto alla produzione fotovoltaica decentralizzata che permettono a chiunque, senza eccessive complicazioni, di diventare autoproduttore installando, ad esempio, sul tetto o sulla facciata della propria abitazione un impianto fotovoltaico. L’annunciata promozione di iniziative simili anche in Italia (Programma 10.000 tetti fotovoltaici), ripropone l’interesse per diverse tematiche tecniche, tra cui quella dell’interfacciamento dei sistemi fotovoltaici con la rete elettrica. 1.2 Considerazioni sui generatori fotovoltaici allacciati alla rete Un generatore fotovoltaico allacciato alla rete elettrica risulta costituito dai seguenti componenti e sottosistemi: �9 campo fotovoltaico, del quale fanno parte i moduli fotovoltaici elettricamente collegati tra loro e assiemati in modo opportuno così da rendere disponibile l’energia solare convertita in energia elettrica sotto forma di corrente continua; �9 convertitore c.c./c.a. o inverter (ve ne può essere anche più di uno) che converte la corrente continua generata dal campo fotovoltaico in corrente alternata con tensione e frequenza compatibili con le caratteristiche della rete elettrica; �9 sistema di protezioni interposte tra il convertitore c.c./c.a. e la rete elettrica al fine di salvaguardare la qualità del servizio elettrico e scongiurare l’insorgenza di pericolo per le persone e danni alle apparecchiature.

La taglia, per i sistemi di generazione fotovoltaica allacciati alla rete elettrica di bassa tensione (bt), è normalmente compresa tra 1 kVA monofase e svariate decine di kVA trifasi. Gli effetti che la generazione fotovoltaica distribuita può avere sul sistema elettrico dipendono in gran parte dalla taglia complessiva dei generatori allacciati alla linea di bassa tensione in rapporto alla portata di quest’ultima. Secondo la norma CEI 11-20, possono essere allacciati alla rete pubblica di bt gli impianti di produzione aventi potenza indicativamente non superiore a 50 kVA con possibilità di allacciamento monofase per gli inverter se la potenza non supera i 5 kVA. Devono inoltre essere adottati dei dispositivi di protezione, coordinabili ma indipendenti per ciascuna delle sezioni di impianto (norma CEI 11-20): �9 Il dispositivo generale deve intervenire in caso di guasto o funzionamento anomalo della rete autoproduttore e, per i piccoli impianti, può essere costituito da un interruttore automatico di massima corrente. �9 Il dispositivo di interfaccia interviene tipicamente per guasto o funzionamento anomalo della rete pubblica e deve incorporare dei circuiti in grado di rilevare la mancanza rete (interventi di minima e massima tensione, minima e massima frequenza). �9 Il dispositivo di generatore interviene tipicamente per guasto al sistema di produzione. I generatori fotovoltaici possono essere allacciati alla rete del distributore direttamente nel punto di consegna dell’energia, oppure essere collegati ad un quadro di distribuzione interno dell’autoproduttore. In ogni caso devono essere chiaramente individuabili i tre livelli di protezione prima menzionati. E’ necessario inoltre rendere accessibile alla Società distributrice il dispositivo di sezionamento nel punto di consegna. Al fine di regolare gli aspetti tecnici, l’Enel ha redatto alcuni documenti di carattere operativo che riportano le modalità di allacciamento dei piccoli autoproduttori alla rete di distribuzione dell’energia (Unificazione Enel DK 5940, DV 1604, DV 604 e DV 1606), i quali però risultano antecedenti alla terza edizione della norma CEI 11-20 e pertanto necessiterebbero di una revisione almeno parziale. Uno dei punti più discussi riguarda le prescrizioni DV 1606, applicabili ai piccoli impianti monofase, le quali risultano spesso ridondanti rispetto alle protezioni già contenute nei moderni inverter commerciali. Da un punto di vista specificamente tecnico-impiantistico, vi sono alcuni aspetti particolarmente importanti da considerare allorché ci si accinge a dimensionare un impianto fotovoltaico che verrà allacciato alla rete elettrica.

�9 Comportamento al sovraccarico e al corto circuito dell’inverter: dipende dalla corrente di corto circuito nel punto di installazione e dal corretto intervento dei dispositivi di protezione. L’inverter può inoltre indurre un sovraccarico nelle linee a valle nel caso in cui queste non risultino adeguatamente protette da dispositivi automatici. �9 Sovratensioni di origine atmosferica: particolarmente pericolose per l’integrità dell’inverter ma eliminabili, in molti casi, per mezzo di una corretta inserzione di SPD (varistori). �9 Funzionamento in isola: si tratta di un inconveniente piuttosto insidioso che si può manifestare in corrispondenza di interruzioni nell’erogazione dell’energia elettrica da parte della società distributrice. I moderni inverter possono infatti, in particolari condizioni, mantenere alimentata una linea elettrica in modo incontrollato per un certo periodo. �9 Compatibilità elettromagnetica: questo parametro viene in genere rapportato al contenuto di armoniche dell’onda sinusoidale erogata dall’inverter, il quale può infatti distorcere il profilo sinusoidale della tensione immettendo delle armoniche in rete. �9 Sicurezza elettrica: vi sono degli aspetti peculiari da considerare per gli impianti fotovoltaici quali, ad esempio, l’isolamento tra le due sezioni c.c. e c.a., i guasti verso terra lato c.c. e i possibili guasti all’uscita dell’inverter (sinusoide con valore medio non nullo). La relazione contiene una trattazione generica di queste tematiche, pur evidenziando gli aspetti che possono presentare particolari contenuti di criticità. 1.3 Attività svolte a livello internazionale Le problematiche di cui sopra sono oggetto di studi in campo internazionale. In particolare, nell’ambito di attività promosse dall’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA) e con riferimento al Task V dell’Implementing Agreement Photovoltaic Power Systems, è stato fissato l’obiettivo dello sviluppo e della verifica dei requisiti tecnici, utilizzabili come linee-guida per la connessione alla rete elettrica dei generatori fotovoltaici. Il Task V considera tipicamente sistemi fotovoltaici dislocati su edifici, anche se i risultati ottenuti possono essere estesi a sistemi analoghi posizionati in luoghi differenti (ad esempio arredo urbano). Il continuo confronto di dati ed esperienze tra i vari membri del Comitato ha portato alla redazione di una serie di documenti che a tutt’oggi rappresentano, a livello internazionale, un vasto panorama di tutti gli aspetti riguardanti il settore. Il rapporto contiene una breve descrizione di tali documenti che, comunque, possono essere reperiti presso l’IEA. Una copia è anche disponibile presso il CESI.