Nell’ambito della Ricerca di Sistema, Progetto ENERIN – Energie Rinnovabili, sono state valutate le possibilità di applicazione di sistemi ibridi di generazione elettrica da fonti rinnovabili (fotovoltaico, eolico, idroelettrico, ..) per l’alimentazione di reti isolate in un contesto di promozione dello sviluppo sostenibile delle isole minori italiane o di altre comunità non collegate alla rete elettrica nazionale. Sono state esplorate soluzioni innovative per la realizzazione dei sistemi di generazione e delle reti di alimentazione dei carichi, culminate con l’allestimento ed il test di un impianto ibrido sperimentale presso il CESI. In questo rapporto vengono presentati i risultati delle prove sperimentali in laboratorio su tale impianto ibrido sperimentale ad energie rinnovabili per l’elettrificazione di comunità isolate, basato su tecnologie innovative. L’attività oggetto di questo rapporto si inserisce nello studio sulle applicazioni avanzate di sistemi ibridi ad energie rinnovabili che, nel periodo dal 2000 al 2003, ha riguardato i seguenti principali aspetti: 1. definizione delle specifiche tecniche degli impianti ibridi [1]. 2. valutazione delle potenzialità di impiego degli impianti ibridi nelle Isole Minori e Zone Montane italiane [2] [4] [5] 3. sperimentazione, in laboratorio all’aperto, delle prestazioni di componenti per impianti ibridi con caratteristiche innovative [3] [6] [7] (oggetto del presente rapporto). 4. progettazione di sistemi ibrido dimostrativo in scala reale per l’elettrificazione di comunità isolate [8] 5. valutazione di lunga durata delle prestazioni energetiche e funzionali di impianti fotovoltaici esistenti di differente tipologia [9] [10] [11] Il presente rapporto presenta le attività svolte a completamento del punto 3 precedente. Nel corso di queste attività è stato implementato, presso la sede del CESI a Milano, un sistema di prova per impianti ibridi, per consentire di adottare e valutare differenti sistemi di gestione degli stessi, mediante l’installazione di opportuni componenti che rendono possibile di volta in volta la realizzazione di impianti differenti, sempre inseguendo l’obiettivo di garantire per tali sistemi gli stessi standard di qualità dell’energia elettrica forniti dal sistema elettrico nazionale. Questo sistema di prova rappresenta, pertanto, un valido strumento per valutare, in modo reale e prima dell’implementazione in località remote, configurazioni innovative di impianti ibridi con generazione da fonti rinnovabili per l’alimentazione di utenze o comunità isolate e per esplorarne le problematiche di funzionamento. Si è ritenuto opportuno effettuare queste attività sperimentali in quanto, sebbene alcune configurazioni di impianti ibridi siano già effettivamente applicabili e realizzabili con componenti già disponibili sul mercato, queste richiedono ancora una fase di sviluppo in campo per conseguire l’ottimizzazione delle prestazioni e dell’affidabilità del servizio reso. E’ questo il caso degli impianti ibridi con una gestione basata su un bus in

corrente alternata, cioè con il parallelo dei vari generatori e del carico sulla rete elettrica locale. Questa configurazione se da un canto presenta dei vantaggi – quali la modularità e l’espandibilità nel tempo dei generatori e del carico senza dover modificare consistentemente il sistema di elettrificazione, nonché la possibilità di poter posizionare i generatori in un qualsiasi punto della rete elettrica e non necessariamente vicino al sistema di accumulo – dall’altro canto pongono problemi nella gestione dei transitori elettrici conseguenti al parallelo dei vari generatori. Dopo aver completato il sistema di prova per la parte riguardante il generatore fotovoltaico, le batterie, i convertitori di potenza da cc a ca, il gruppo elettrogeno, il sistema di acquisizione dati ed il sistema di gestione dei carichi, sono state avviate le prove, adottando una configurazione del sistema ibrido che prevede il parallelo di carichi e generatori su bus in corrente alternata trifase (che rappresenta la rete elettrica locale di una comunità isolata), grazie all’adozione di componenti innovativi: gli inverter di batteria bidirezionali. La valutazione delle prestazioni di tali componenti, nel corso delle prove di queste prove iniziali, ha consentito di confermare le caratteristiche tecniche previste (par. 5.1 e 5.3). Tuttavia è stata anche evidenziata una gestione non ottimale della carica della batteria da parte degli inverter di batteria. In seguito a ciò sono state apportate opportune modifiche al software di gestione di tali apparecchiature ed è stato aggiornato il relativo firmware, implementando sulle apparecchiature delle funzionalità più avanzate. Successivamente è stato acquisito un gruppo elettrogeno, composto da generatore diesel e da un alternatore asincrono, secondo le specifiche tecniche definite nel corso di quest’attività per tener conto del parallelo in corrente alternata fra inverter di batteria e gruppo elettrogeno. Sono state effettuate, quindi, delle prove di collegamento del gruppo elettrogeno agli inverter di batteria a differenti valori di stato di carica della batteria e di carico applicato alla rete ca (par. 5.2). Nel corso di tali prove è stata evidenziata la necessità che il collegamento del gruppo elettrogeno avvenga in modo "soft", cioè mediante limitazione della potenza generata dal gruppo elettrogeno nella fase di avviamento, al fine di limitare i picchi di corrente verso gli inverter di batteria ed evitare il conseguente intervento dei dispositivi di protezione. E’ stata individuata la metodologia per ottenere ciò ed è stato progettato, nonché verificato sperimentalmente, un idoneo circuito elettrico che consente di ottenere il collegamento soft. Dopo l’installazione di tale dispositivo, sono state condotte ulteriori prove sulle prestazioni del sistema ibrido, che hanno confermato il miglioramento delle condizioni di parallelo fra gruppo elettrogeno e rete locale in ca. Infine è stato messo a punto il generatore eolico simulato, parallelabile al bus ca del sistema ibrido, nel quale è possibile impostare un profilo di ventosità da operatore o da PLC e simulare, quindi, opportunamente le prestazioni energetiche e transitorie di un aerogeneratore. In definitiva, il sistema di prova implementato presso il CESI ha consentito di verificare efficacemente le prestazioni elettriche di un impianto ibrido con componenti innovativi. Questi componenti (inverter di batteria bidirezionali), che solo di recente si affacciano sul mercato, hanno confermato sperimentalmente di possedere delle caratteristiche che li rendono particolarmente interessanti per l’adozione in progetti di elettrificazione di comunità isolate (fra tutte sono da ricordare la modularità e

l’inserzione “plug&play”). D’altra parte proprio queste caratteristiche innovative non risultano ancora del tutto implementate in modo ottimale e, pertanto, questi componenti oggi non sembrano essere in grado di poter perseguire sufficientemente l’obiettivo di garantire ai sistemi di elettrificazione, in cui sono inseriti, gli stessi standard di qualità dell’energia elettrica forniti dal sistema elettrico nazionale. Pertanto si ritiene che questi componenti rappresentino sicuramente un’innovazione nei sistemi ibridi e avranno certamente una notevole diffusione nel prossimo futuro, ma al momento resta ancora da verificare che le prestazioni previste siano implementate e attuate con l’affidabilità necessaria per l’utilizzo in sistemi di elettrificazione isolati. Alla luce di ciò, si ritiene opportuno che vengano effettuate ulteriori attività di prova sui sistemi ibridi commerciali, in modo da verificare e, se possibile, contribuire a migliorare le prestazioni di tali componenti e dei sistemi di generazione in cui sono inseriti. Un’attività mirata al raggiungimento di tale obiettivo sarà sicuramente costituita dalla realizzazione, dalla gestione e dalla valutazione del funzionamento di un sistema ibrido dimostrativo per l’elettrificazione di una reale comunità isolata.