La conversione del sistema energetico richiede notevoli quantità di materie prime come rame e alluminio. Un approccio promettente per risparmiare queste risorse è il passaggio dalla bassa tensione alla media tensione nella produzione di energia rinnovabile. L’Istituto Fraunhofer per i Sistemi di Energia Solare ISE ha identificato un enorme potenziale di risparmio attraverso tensioni di sistema più elevate, in particolare per le centrali fotovoltaiche di grandi dimensioni, e sta pianificando i primi progetti pilota e un ampio lancio sul mercato.
Vantaggi delle tensioni di sistema più elevateL’aumento della tensione di sistema da 800 VAC a 1.500 VAC riduce la sezione dei cavi di circa il 75 percento. Questo facilita l’installazione e il collegamento, riducendo i costi di installazione. Andreas Hensel, Group Manager “High Power Electronics and System Technology” del Fraunhofer ISE, sottolinea il potenziale di risparmio: “Ora che i costi dei moduli fotovoltaici sono diminuiti del 90 percento dal 2010, l’installazione e i componenti del sistema offrono le maggiori leve di risparmio”
Inoltre, la resa dei sottosistemi può essere aumentata passando alla media tensione. A una tensione di 1.500 V, sono già possibili da 10 a 12 MVA in un trasformatore, invece dei 3-5 MVA comuni oggi. Questo riduce il numero di trasformatori e di quadri elettrici necessari, riducendo ulteriormente i costi di costruzione e di installazione.
Progressi tecnologici e successi inizialiI progressi nella tecnologia di media tensione sono stati resi possibili dallo sviluppo di componenti in carburo di silicio altamente bloccanti con elevate velocità di commutazione. I componenti SiC fino a 3,3 kV sono ora pronti per il mercato. Nel progetto “MS-LeiKra”, Fraunhofer ISE ha sviluppato e messo in funzione con successo il primo inverter di stringa MS-PV al mondo nel 2023. L’inverter raggiunge una tensione di uscita di 1.500 VAC con una potenza di 250 kVA. “Dal punto di vista tecnologico, la strada è stata tracciata e ora si tratta di capire chi saranno i primi attori di questo promettente mercato”, afferma Christian Schöner, Project Manager “Medium Voltage” presso Fraunhofer ISE. Un primo sistema fotovoltaico pilota basato su questo inverter è già in fase di progettazione.
Cooperazione per la svoltaIn aprile, è stato costituito un consorzio europeo che riunisce i rappresentanti di tutti i mestieri coinvolti in una centrale fotovoltaica su larga scala. L’obiettivo è studiare e superare insieme i requisiti tecnologici e di standardizzazione per il salto alla media tensione. “Come consorzio potente, possiamo affrontare insieme gli ostacoli esistenti e raggiungere l’ottimizzazione per l’intera centrale elettrica”, spiega Christian Schöner.
Prospettive future e aree di applicazioneLe centrali fotovoltaiche di grandi dimensioni sono solo l’inizio. La tecnologia a media tensione offre anche un potenziale per le infrastrutture di ricarica, le reti industriali, le pompe di calore di grandi dimensioni, i sistemi di accumulo a batteria, gli elettrolizzatori e le turbine eoliche. Oltre a un notevole risparmio di materiali, costi e spazio, le tensioni di sistema più elevate consentono anche nuove architetture di sistema per le centrali elettriche ibride rinnovabili. Queste possono essere collegate tra loro attraverso la media tensione e garantire così un approvvigionamento energetico efficiente e sostenibile.
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