Schede elettroniche: le applicazioni negli impianti fotovoltaici

Il fotovoltaico sta conoscendo una crescita costante negli ultimi anni, complice l’input del legislatore sia nazionale che europeo a conseguire una transizione energetica che privilegia le fonti rinnovabili. Una scelta che ha come obiettivo quello di ridurre l’uso, l’impatto ambientale e la dipendenza dai combustibili fossili.

Spesso, quando si parla di impianti solari, si tende a focalizzare l’attenzione sui pannelli e sulla loro efficienza. In realtà, il cuore tecnologico del fotovoltaico moderno è rappresentato dall’elettronica, a fronte dell’adozione di componenti complesse che governano il funzionamento del sistema.

Tra gli elementi che assicurano gli opportuni standard di stabilità e performance troviamo le schede elettroniche, per le quali si rivela essenziale una progettazione su misura, in linea con le caratteristiche dell’impianto: le variabili da considerare sono molteplici.

Per le aziende del settore risulta dunque necessario rivolgersi a realtà come VT100,specializzata nella produzione e progettazione di schede elettroniche. Si tratta di una società italiana in grado di garantire un servizio di progettazione personalizzato, completo e certificato di schede PCB: sono disponibili maggiori informazioni al sito VT100.srl. In questo modo sarà possibile integrare correttamente PCB e firmware all’interno dei sistemi complessi come quelli fotovoltaici.

Le diverse tipologie di impianto fotovoltaico e il ruolo delle schede elettroniche

Esistono molteplici tipologie di impianto fotovoltaico, che differiscono in base alla tecnologia, alla potenza, alla destinazione d’uso, alla modalità di connessione alla rete e alla presenza o meno di sistemi di accumulo.

In relazione a tali caratteristiche, cambiano anche le applicazioni delle schede elettroniche che ne regolano il funzionamento.

In linea generale possiamo distinguere tre macro-categorie:

• impianti fotovoltaici isolati (off-grid);
• impianti fotovoltaici connessi alla rete o ibridi (grid-connected);
• impianti fotovoltaici con sistemi di accumulo integrati (o storage). Tale categoria può integrarsi con le precedenti.

Ogni categoria presenta configurazioni diverse dal punto di vista elettronico, necessitando, di conseguenza, di una progettazione dei circuiti PCB calibrata in relazione al contesto operativo.

Impianti fotovoltaici isolati (off-grid o stand alone)

Gli impianti off-grid operano in totale autonomia rispetto alla rete elettrica nazionale. Sono installati in aree dove la rete non è disponibile o dove si sceglie deliberatamente l’indipendenza energetica. Seppur con finalità e modalità differenti, sono adatti tanto ai contesti domestici quanto a quelli industriali.

Parliamo pertanto di impianti totalmente autonomi e dunque dotati di batterie ad accumulo.

In questi sistemi le schede elettroniche svolgono un ruolo cruciale nel bilanciamento continuo tra energia prodotta dai pannelli, energia consumata dagli utilizzatori ed energia accumulata nelle batterie.

Devono avere standard progettuali ottimali, affinché il sistema possa garantire l’opportuna continuità operativa anche in assenza di produzione solare, evitando sovraccarichi o deficit delle batterie.

I circuiti PCB entrano in gioco in operazioni come il controllo della carica, il coordinamento tra inverter e sistemi di storage, ecc. La qualità della progettazione incide direttamente sull’affidabilità complessiva dell’impianto.

Impianti connessi alla rete e sistemi ibridi (grid-connected oppure on-grid)

Gli impianti on-grid o grid-connected sono connessi alla rete elettrica pubblica e sono volti al risparmio economico e alla sostenibilità, piuttosto che a un’autonomia energetica tout court. Sono tipici delle utenze domestiche e si inseriscono in un utilizzo sia di energia solare che di combustibili fossili, di cui viene ridotto considerevolmente l’uso.

Qualora venisse prodotta più energia di quella utilizzata nell’immediato, viene immessa all’interno della rete nazionale, a fronte di un risparmio in bolletta.

In tali impianti le schede elettroniche sono alquanto complesse: devono infatti gestire da un lato la conversione dell’energia, dall’altro l’interfaccia con la rete stessa.

Nei sistemi ibridi, dove l’impianto è connesso alla rete ma integra anche l’impiego di batterie ad accumulo, tale complessità aumenta ulteriormente. Le schede elettroniche sono chiamate a coordinare la produzione, il consumo, e l’accumulo nonché gli scambi con la rete.

In queste configurazioni, la progettazione PCB deve tenere conto sia delle prestazioni energetiche, sia delle normative tecniche vigenti.

Impianti con sistemi ad accumulo o impianti storage

Gli impianti storage sono tra le innovazioni più importanti del fotovoltaico e si caratterizzano per la presenza di batterie – in particolare al litio – che danno modo di immagazzinare l’energia prodotta per utilizzarla successivamente. L’energia viene accumulata fino a quando il sistema non è saturo e dunque completamente carico.

L’uso delle soluzioni storage è diffuso sia negli impianti on-grid che in quelli off-grid e presenta una spiccata complessità nella progettazione delle schede elettroniche. Tra i compiti dei circuiti PCB dedicati troviamo:

• controllo della carica e della scarica;
• monitoraggio della temperatura;
• bilanciamento delle celle;
• attivazione di protezioni in caso di anomalie.

Si tratta di funzioni sensibili in quanto incidono direttamente sulla sicurezza e sulla durata delle batterie.

La crucialità della progettazione PCB negli impianti fotovoltaico

La richiesta di impianti fotovoltaici sia nel contesto aziendale che in quello domestico ha registrato negli ultimi anni un aumento costante. Lo stesso vale per la richiesta di componenti elettroniche altamente complesse e che necessitano di standard di efficienza superiori.

In questo scenario, la progettazione deve garantire una gestione precisa dei parametri elettrici e termici, evitando che possano subentrare delle condizioni in grado di compromettere l’integrità del sistema.

In tutte e tre le configurazioni esposte, emerge un elemento comune: la scheda elettronica rappresenta il centro di controllo dell’impianto. Può cambiare il contesto operativo, ma rimane cruciale la necessità di una progettazione coerente con la tipologia di sistema e con le condizioni reali di utilizzo.

La progettazione delle schede elettroniche influisce quindi sulla conformità normativa, la gestione dei carichi e l’affidabilità dell’impianto nel tempo. Si rivela dunque un elemento di valenza strutturale: quello dove maggiormente si gioca l’equilibrio di cui parlavamo all’inizio tra efficienza energetica e continuità operativa.