78564 - CONVERSIONE FOTOVOLTAICA ED ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA M

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, 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

Insegnamento suddiviso in 2 moduli didattici:
Modulo I (A+B, 30h) e Modulo II (30h)

Modulo 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.

Modulo 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.

Modulo II - Accumulo dell'energia elettrica

1. Caratteristiche generali, requisiti e impieghi dei sistemi diaccumulo

2. Tecnologie di accumulo

• Pompaggio idroelettrico
• Accumulo ad aria compressa
• Accumulo elettrochimico
• Supercondesatori e accumulo dell’energia magnetica a superconduttore (SMES)

3. Applicazioni

• Interfacciamento Accumulo-rete (Batterie/rete, Supercap/rete, SMES/rete)
• Sistemi integrati Accumulo-Rinnovabili
• Sistemi ibridi ( power intensive / energy intensive )

Testi/Bibliografia

Modulo I

- 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.

Modulo II

1. FranciscoDíaz-González, AndreasSumper,OriolGomis-Bellmunt, “EnergyStorage in PowerSystems”, Wiley, 2016

2. Alfred Rufer,“Energy Storage–Systemsand Components”,CRC Press, 2018

3. Gabriele Zini, “Green Electricity Storage”, Mc Graw–Hill education, 2016

4. “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.

Vengono inoltre svolte esercitazioni in ambiente LTSpice e Matlab/SIMULINK

Ad ogni argomento di lezione corrispondono dimostrazioni, esempi, ed esercizi applicativi.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto e/o orale, in lingua italiana e/o inglese. Consiste di norma in 4-6 domande, 2-3 sulla I parte e 2-3 sulla II parte.
E' possibile sostenere una prova parziale scritta relativa alla I parte (in intinere) ed una prova parziale relativa alla II parte (a fine corso).

Strumenti a supporto della didattica

Sono disponibili traccie (slides) delle lezioni fornite dai docenti, reperibili su pagine web a cura dei docenti stessi e/o sulla piattaforma IOL.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Morandi

Consulta il sito web di Francesco Lo Franco