Sistema di sicurezza per impianti fotovoltaici


Negli attuali sistemi fotovoltaici, connessioni intermittenti o deterioramenti (guasti) nell’isolamento possono far sì che i circuiti in continua generino archi di considerevole energia. Questi archi, che possono raggiungere temperature superiori a 3.000 °C, rappresentano un rischio per la sicurezza sia delle infrastrutture sia delle persone che si trovano nei dintorni. La normativa 690.11 del National Electrical Code (NEC) in vigore negli Stati Uniti richiede la presenza, nelle nuove installazioni fotovoltaiche, di un sistema in grado di rilevare i guasti imputabili all’arco e di assicurane la protezione.

A questa esigenza risponde National Semiconductor che ha annunciato l’introduzione di un design di riferimento per il rilevamento di un arco formato da circuiti integrati di interfacciamento analogico e da firmware per il filtraggio dinamico multi-banda; si tratta del primo chipset commercialmente disponibile in grado di rilevare pericolosi guasti d’arco in continua nei sistemi fotovoltaici (PV).

Il nuovo sistema di riferimento per il rilevamento d’arco della serie SolarMagic di National Semiconductor comprende circuiti integrati di interfacciamento analogico e il firmware per il filtraggio dinamico multi-banda (MBDF – multi-band dynamic filtering). Insieme, essi permettono di rilevare la condizione di guasto imputabile all’arco e di inviare una segnalazione per sospendere l’erogazione di potenza al sistema, in modo da estinguere l’arco.

Grazie all’ampio portafoglio di prodotti per l’elaborazione del segnale e la gestione della potenza ed al know how acquisito nel settore fotovoltaico – ha detto Patrick Quinn, general manager della divisione Solar IC di National Semiconductor – siamo in grado di comprendere e risolvere le problematiche legate alla sovratensione dei moduli PV. Il nostro sistema di riferimento per il rilevamento dell’arco è solo un esempio dei numerosi sistemi che stiamo sviluppando per applicazioni che interessano tutta l’industria fotovoltaica”.

Firmware per la rilevazione dell’arco SolarMagic

I fenomeni di formazione dell’arco negli array fotovoltaici sono molto difficili da rilevare. Un arco elettrico, infatti, non lascia un “tracce caratteristice” (signature) chiaramente identificabil. Oltre a ciò, le linee di alimentazione di un array fotovoltaico agiscono alla stregua di antenne per un’ampia gamma di interferenze elettromagnetiche nelle vicinanze dell’array, senza dimenticare che gli inverter forniscono un ulteriore contribuito al rumore che viene indotto sulle linee di alimentazione. Per rilevare in maniera affidabile l’intera gamma di eventi di formazione dell’arco senza falsi allarmi quando l’array fotovoltaico opera in condizioni di sicurezza è necessario adottare una approccio abbastanza sofisticato in termini di elaborazione del segnale. Per tale motivo National Semiconductor ha sviluppato una tecnologia di elaborazione del segnale innovativa e in attesa in brevetto. Il firmware MBDF sfrutta una tecnica di riconoscimento dell’ arco elettrico all’avanguardia, che non richiede che “la struttura del segnale” corrisponda ad una forma assoluta rigida pre-definita.

Caratteristiche tecniche del chipset per la rilevazione d’arco SolarMagic di National Semiconductor

Il chipset di National Semiconductor della serie SolarMagic è un front end analogico (AFE) che ospita tre circuiti integrati ad alto grado di integrazione. SM73201MM è un convertitore A/D a 16-bit a bassissima dissipazione, con velocità di campionamento compresa tra 50 e 250 kSPS e ingresso differenziale, che digitalizza il segnale d’arco dopo loi stadio di guadagno dell’AFE e di filtraggio e invia il segnale digitale al microcontrollore. SM73308MG, un amplificatore operazionale di tipo RRO a basso offset e rumore, fornisce il punto medio della tensione di riferimento (Vref) per il circuito AFE. SM73307MM, infine, è un amplificatore duale con banda di 17 MHz con ingresso CMOS a basso rumore che si occupa del guadagno e del filtraggio del segnale caratteristico dell’arco. Ulteriori chip per la gestione della potenza di National Semiconductor assicurano l’esecuzione di numerose altre funzioni di supporto.

Il progetto di riferimento per il rilevamento d’arco RD-195, compresa una scheda di valutazione, la lista dei componenti e gli schemi circuitali, può essere scaricato dall’indirizzo: www.national.com/rd/RDhtml/RD-195.html.

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