Realizzazione di impianto fotovoltaico
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REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO
AUTORI:
Massimiliana Di Placido
Giulia Alessia Luca
Christian Moretti
Riccardo Nesa
Roberto Tomasetig
Presentazione del progetto
1
Il progetto consiste nella realizzazione di un impianto fotovoltaico situato sul tetto di un Istituto di Istruzione primaria della citta di Udine. La scuola è situata in un edificio moderno, in cemento armato; l’edificio è rivolto verso sud-‐ovest (Azimut pari a -‐25).
L’edificio è circondato da un ampio cortile (non sono stati pertanto considerati gli edifici adiacenti), in prossimità del quale si trovano la centrale termica della scuola e alcuni alberi.
Il tetto presenta una superficie disponibile di 1100 m2. Rispetto alla superficie totale
10 m
10 m
3 m
1,5 m
Vista dall’alto
Vista laterale: lato sud-‐ovest
Centrale termica
2
sono stati sottratti 100 m2 dovuti alla presenza di una tettoia che protegge l’accesso alla copertura dell’edificio, la cui superficie non è stata conteggiata in quanto non utilizzabile ai fini dell’impianto per ragioni strutturali.
Per sfruttare le caratteristiche della copertura dell’edificio, si è scelta una disposizione di pannelli inclinati di 30 gradi, fissati al tetto tramite supporti di alluminio ancorati alla copertura. I pannelli sono stati disposti in orizzontale, per far si che gli ombreggiamenti tra le file siano ridotti. La distanza tra una fila e l’altra è di 3,20 m (la minima possibile, in accordo con la normativa vigente). La forma a “L” dell’edificio ha suggerito di disporre un totale di 140 pannelli in sheds da 5 moduli l’uno, per un totale di 28 sheds. Le stringhe sono state rivolte verso sud per ottenere la massima esposizione al Sole in tutto il corso della giornata.
Per definire il layout dell’impianto è stata eseguita un’analisi preliminare degli ombreggiamenti. In particolare si è rilevato che questi sono provocati dai camini della centrale termica e dagli alberi presenti nel cortile. Attraverso una simulazione effettuata con il software PVSyst® si sono potuti analizzare gli ombreggiamenti subiti dai pannelli nel corso della giornata: è emerso che la presenza dell’albero in
Dimensioni dell’edificio
Ipotesi di configurazione dell’impianto
3
prossimità della centrale termica è responsabile di un ombreggiamento pressoché continuo dello shed più vicino al parapetto. Si è pertanto deciso di tagliare l’albero.
L’impianto
Schema di impianto
La configurazione dell’impianto adottata prevede la presenza di sette stringhe, ciascuna costituita da quattro sheds adiacenti connessi in parallelo, per un totale di 20 moduli.
20
20
20
20
20
20
20
= ~
RETE
Stringhe FV Sezionatori di stringa
Quadro di sottocampo
parallelo
Interruttore di manovra
sezionatore Inverter
Interruttore magnetotermico
differenziale
Ombreggiamenti al 31/12Ipotesi di configurazione dell’impianto, dopo la valutazione degli ombreggiamenti
4
Scelta dei pannelli fotovoltaici
La scelta è ricaduta sul modello SPS-‐250P, in silicio policristallino. L’impianto prevede 140 pannelli di questo modello, per una produzione complessiva di circa 35000 W. Tale produzione servirà in primo luogo al fabbisogno dell’edificio e le eccedenze potranno essere rivendute al gestore della rete elettrica.
Scelta dell’inverter
Per quanto riguarda l’inverter, il modello utilizzato è un PT-‐33K (trifase per consentire l’erogazione della potenza richiesta). Tale inverter è posizionato sotto la tettoia (il modello è outdoor) presente sulla copertura dell’edificio, accanto a un quadro sottocampo a cui convergono le sette stringhe. L’inverter soddisfa i requisiti imposti di tensione e corrente, mentre risulta essere leggermente sovradimensionato per quanto riguarda la potenza (33KW rispetto ai circa 32KW richiesti). Tuttavia, nonostante l’inverter non operi alla potenza nominale, il suo rendimento resta comunque alto (superiore al 95.5%).
Scelta dei cavi
Dal momento che le sette stringhe sono in parallelo tra di loro, è previsto, un quadro sottocampo posizionato sotto la tettoia. I cavi esposti alla radiazione solare diretta sono quindi i cavi tra cella e cella e quelli che collegano le stringhe al quadro sottocampo, mentre i cavi che collegano il quadro sottocampo all’inverter e l’inverter alla rete non sono esposti. Si è preferito tuttavia utilizzare per i tratti in DC cavi del modello solare FG21M21, mentre per il tratto in AC il modello non solare FG7R.
Scelta delle protezioni LATO DC: a capo di ogni stringa è prevista la presenza di un fusibile cilindrico gG. Tali fusibili rispettano sia i criteri per il corretto dimensionamento dell’impianto, sia i criteri di protezione contro il sovraccarico (considerando 𝐼# = 1.6𝐼()
LATO AC: Dal momento che l’inverter è già protetto da dispositivi SPD interni, non sono previsti ulteriori scaricatori. A valle dell’inverter è stato inserito un interruttore magnetotermico differenziale con portata In= 60 A (30mA/tipo A Icn= 6kA).
5
Work Breakdown Structure
Work Breakdown Structure (WBS)
PRIMO LIVELLO (logica seguita: di processo)
• Project Management gestione e monitoraggio delle diverse fasi del progetto.
• Ingegneria di base definizione del layout generale dell’impianto. In particolare analizza la disposizione e l’orientamento dei moduli al fine di: sfruttare in modo ottimale la superficie del tetto a disposizione, studiare e ridurre gli effetti degli ombreggiamenti (moduli adiacenti, alberi, strutture architettoniche dell’edificio, ecc.), massimizzare l’esposizione alla radiazione solare.
• Impianto fotovoltaico raggruppamento dei sistemi (unità complete e collaudabili in modo indipendente) che compongono l’impianto fotovoltaico stesso.
• Collaudo esecuzione di test al fine di valutare il corretto funzionamento dell’impianto e il raggiungimento delle prestazioni previste dal contratto.
• Operation & Maintenance insieme delle operazioni di supporto durante l’esercizio e rimozione di eventuali elementi di disturbo (ombreggiamenti dovuti alla crescita alberi nelle zone limitrofe). La manutenzione strettamente collegata all’impianto è svolta dal contractor stesso, mentre le operazioni di giardinaggio sono esternalizzate.
6
• Potatura alberi
SECONDO LIVELLO (logica seguita: funzionale)
L’impianto fotovoltaico è scomposto nei sistemi che lo compongono:
• Sostegno dei pannelli: struttura in alluminio solidale con la copertura dell’edificio su cui sono ancorati i moduli fotovoltaici.
• Pannelli fotovoltaici. • Cablaggio: cavi, quadri elettrici che collegano i vari elementi dell’impianto. • Sistemi di controllo e sicurezza: sistemi elettrici attivi di protezione (fusibili e magnetotermici) e di
intervento. • Inverter: sistema trifase di conversione della corrente elettrica continua in corrente elettrica
alternata. • Allacciamento alla rete: fase di connessione dell’impianto fotovoltaico alla rete esterna
(esternalizzata al gestore elettrico).
TERZO LIVELLO (logica: di processo)
Ogni elemento del livello precedente è caratterizzato dalle macrofasi tipiche del settore engineering & contracting.
In particolare:
• Progettazione: scelta dei componenti da catalogo in relazione alle specifiche richieste. Nel solo caso dei sostegni dei pannelli, la progettazione di dettaglio della struttura è affidata al reparto tecnico interno all’azienda (contractor).
• Approvvigionamento: emissione e gestione dell’ordine da parte dell’ufficio acquisti. • Messa in posa/installazione: collocamento e connessione dei diversi componenti sul sito in accordo
con quanto delineato nei documenti tecnici.
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Organization Breakdown Structure
La Organization Breakdown Structure è uno strumento organizzativo che definisce l’articolazione gerarchica dei ruoli dei diversi soggetti coinvolti nel progetto. In particolare essa rappresenta l’intersezione tra gli attori coinvolti e work package allocando le relative responsabilità.
PRIMO LIVELLO
Organization Breakdown Structure (OBS)
In questa prima sezione sono rappresentati gli elementi del primo livello della WBS.
• Project Manager: elemento d’integrazione che si occupa di gestire e controllare tutte le varie fasi del progetto, garantendo il rispetto degli obblighi contrattuali.
• PM System: insieme di competenze acquisite in progetti precedenti che sviluppano l’ingegneria di base.
• Impresa fotovoltaico: Attore principale che si occupa nel dettaglio di tutte le fasi dalla progettazione al collaudo dell’impianto.
• Impresa di giardinaggio: impresa esterna che si occupa della potatura di un albero in prossimità del sito.
SECONDO LIVELLO
Secondo livello OBS
Ingegneria di baseProject
ManagementImpianto
fotovoltaico Potatura alberi Collaudo
PM system ✓
Project Manager ✓
Impresa fotovoltaico ✓ ✓
Impresa di giardinaggio ✓
Progettazio
ne (A
.1)
Approvvig
ionamento (A
.2)
Messa in posa (A.3)
Progettazio
ne (B
.1)
Approvvig
ionamento (B
.2)
Installazione (B
.3)
Progettazio
ne (C
.1)
Approvvig
ionamento (C
.2)
Installazione (C
.3)
Progettazio
ne (D
.1)
Approvvig
ionamento (D
.2)
Installazione (D
.3)
Progettazio
ne (E.1)
Approvvig
ionamento (E.2)
Messa in posa (E.3)
Allac
ciamento (E.4)
Ingegnere energetico ✓
Ingegnere meccanico ✓Ingegnere elettrico ✓ ✓ ✓
Operaio specializzato ✓ ✓
Elettricista ✓ ✓ ✓
Operaio edile ✓
Ufficio acquisti ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
Gestore rete elettrica ✓
OBS Allacciamento alla rete (Q)
Sostegno pannelli
Panneli CablaggioSistemi di controllo e sicurezza
Inverter
8
In questo secondo livello compaiono gli attori interni all’azienda che si occupa della realizzazione e messa in opera dell’impianto. Risulta esternalizzata a terzi l’allacciamento della rete.
Scheduling a risorse infinite
Lo scheduling permette di evidenziare la sequenza temporale – con le relative precedenze da rispettare – tra i work package.
Programmazione reticolare
La prima fase consiste nella scelta dei moduli fotovoltaici da impiegare (B1). Da essa infatti derivano le grandezze elettriche e geometriche necessarie alle successive fasi di progettazione e approvvigionamento.
Per quanto riguarda il Collaudo (G) è necessario che tutte le fasi precedenti siano completate, anche per quanto riguarda la potatura degli alberi.
Il cammino critico, evidenziato in rosso, mostra i work package aventi un total float nullo e che pertanto definiscono la durata complessiva del progetto.
Di seguito è riportato il diagramma di Gantt secondo il criterio di pianificazione “al più presto”, in cui è stato evidenziato in rosso il cammino critico.
9
Diagramma di Gantt a risorse infinite
E’ stata scelta la pianificazione “al più presto” per preservare un cuscinetto temporale al termine di ogni attività in modo da tutelarsi da eventuali ritardi imprevisti.
Scheduling a risorsa critica Tra le diverse risorse impiegate nel progetto, l’ingegnere elettrico risulta quello coinvolto in un maggior numero di attività. Ipotizzando che il numero di ore giornaliere è pari a otto, esso rappresenta la risorsa critica da analizzare.
Istogramma risorsa critica
Il grafico sopra riportato mostra il profilo temporale del consumo della risorsa critica nella pianificazione a risorsa infinita. La linea continua rossa evidenzia il vincolo imposto dalle otto ore lavorative giornaliere.
Pertanto è evidente come non sia possibile mantenere parallele le attività D1 ed E1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Progettazione (A.1)
Approvvigionamento (A.2)
Messa in posa (A.3)
Progettazione (B.1)
Approvvigionamento (B.2)
Installazione (B.3)
Progettazione (C.1)
Approvvigionamento (C.2)
Installazione (C.3)
Progettazione (D.1)
Approvvigionamento (D.2)
Installazione (D.3)
Progettazione (E.1)
Approvvigionamento (E.2)
Messa in posa (E.3)
Allacciamento (E.4)
settimana 5 settimana 6
Collaudo (G)
Potatura (H)
Sistemi di controllo e sicurezza (D)
Inverter (E)
Allacciamento alla rete (F)
settimana 1 settimana 2 settimana 3
Sostegno pannelli (A)
Panneli (B)
cablaggio (C)
settimana 4
25 Risorsa analizzata: Ore lavoro Ing. Elettrico242322212019181716151413121110987654321
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29settimana 6
D1 C1
settimana 1 settimana 2 settimana 5settimana 3 settimana 4
Risorsa critica (O
re im
piego ingegnere elettrico
)
C1 C1
E1 E1 E1
D1 D1
10
Si procede quindi alla modifica della programmazione tenendo conto dei vincoli di precedenza e sfruttando i total float disponibili delle tre attività in esame. Il cammino critico non risulta influenzato da questo intervento. Non cambiano quindi né i tempi di consegna del progetto, né le risorse impiegate.
Istogramma risorsa critica con livellamento
Di seguito è riportato anche il corrispondente diagramma di Gantt coerente con tali modifiche.
Diagramma di Gantt modificato
25242322212019181716151413121110987654321
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
E1 C1D1 C1C1E1
Risorsa critica (O
re im
piego ingegnere elettrico
)
D1E1 D1
settimana 6settimana 1 settimana 2 settimana 3 settimana 4 settimana 5
settimana 2 settimana 3 settimana 4 settimana 5 settimana 61 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Sostegno pannelli (A) Progettazione (A.1)Approvvigionamento (A.2) * *Messa in posa (A.3)
Panneli (B) Progettazione (B.1)Approvvigionamento (B.2) * * * *Installazione (B.3)
cablaggio (C) Progettazione (C.1)Approvvigionamento (C.2) *Installazione (C.3)
Sistemi di controllo e sicurezza (D) Progettazione (D.1)Approvvigionamento (D.2) *Installazione (D.3)
Inverter (E) Progettazione (E.1)Approvvigionamento (E.2) * *Messa in posa (E.3)Allacciamento (E.4)
Allacciamento alla rete (F)Collaudo (G) * *Potatura (H)
settimana 1
11
Avanzamento del progetto Avanzamento fisico delle attività di construction Il metodo utilizzato per calcolare l’avanzamento fisico è quello a frequenza giornaliera. Ad ogni giorno si associa una percentuale di completamento proporzionale alle risorse (ore uomo) utilizzate.
Durata ed Effort delle attività di construction
In questa tabella vengono calcolate le durate di ciascuna attività di construction attraverso la formula: 𝐷 =
*+∗-∗.∗/
In particolare:
• Q è la quantità fisica di lavoro di ciascuna attività • R è la resa standard ottenuta da dati storici disponibili • P è la produttività che ci si aspetta operando nelle condizioni di lavoro reali • W corrisponde al numero di ore di lavoro giornaliere del singolo addetto • M è il numero di addetti della singola attività
Nella riga SMh% sono indicate le incidenze di ciascuna attività sull’avanzamento totale. Ripartendo questo valore per la durata dell’attività stessa, si ottiene l’avanzamento giornaliero del progetto afferente a quella specifica attività. L’avanzamento giornaliero totale è quindi la somma degli avanzamenti giornalieri delle attività che si svolgono in quel determinato giorno.
Sostegno pannelli PanneliSistemi di controllo e
sicurezzaCablaggio
Messa in posa
Installazio
ne
Installazio
ne
Installazio
ne
Messa in posa
Allacciamento
Q 28 140 58 420 1 1 1 [u.d.m] [n° sostegni] [n° pannelli] [n° sistemi da installare] [metri cavo] [n° inverter] [n° inverter] [alberi]R* 0,33 4,17 1,01 18,75 0,14 0,14 0,13 [u.d.m] [n° sostegni/SMh] [n° pannelli/SMh] [n° sistemi da installare/SMh] [metri cavo/SMh] [n° inverter/SMh] [n° inverter/SMh]SMh 84 33,6 57,6 22,4 7,2 7,2 7,6SMh% 38,25% 15,30% 26,23% 10,20% 3,28% 3,28% 3,46%P 0,7 0,7 0,8 0,7 0,9 0,9 0,95Effort [EMh] 120 48 72 32 8 8 8W [EMh/giorno] 8 8 8 8 8 8 8M [uomini] 3 3 3 2 2 2 1D [giorni] 5 2 3 2 0,5 0,5 1
Inverter
Potatura alberi
12
Gantt specifico della construction al fine del calcolo dell’avanzamento fisico
12
34
56
78
910
1112
1314
1516
1718
1920
2122
2324
2526
2728
29
Soste
gno p
anne
lli (A)
Messa
in po
sa (A
.3)
Pann
eli (B
)Ins
tallaz
ione (
B.3)
cabla
ggio (C)
Instal
lazion
e (C.3
)
Sistemi
di co
ntrollo
e sic
urezza (D
)Ins
tallaz
ione (
D.3)
Messa
in po
sa (E.3)
Allac
ciame
nto (
E.4)
0,0%
0,0%
3,5%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
12,8%
16,0%
7,7%
7,7%
7,7%
0,0%
0,0%
0,0%
7,7%
7,7%
8,7%
8,7%
8,7%
3,3%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
Cumu
lata
0,0%
0,0%
3,5%
3,5%
3,5%
3,5%
3,5%
3,5%
3,5%
16,2%
32,2%
39,9%
47,5%
55,2%
55,2%
55,2%
55,2%
62,8%
70,5%
79,2%
88,0%
96,7%
100,0
%100,0
%100,0
%100,0
%100,0
%100,0
%100,0
%
Avanzame
nto f
isico giornalie
ro %
Giorni
Potat
ura (H)
Inverter (E)
settima
na 3
settima
na 4
settima
na 5
settima
na 6
settima
na 2
settima
na 1
13
Avanzamento economico del progetto Di seguito sono riportati i costi dei materiali e delle ore uomo di ciascuna attività.
Costo materiali.
Costo giornaliero di ciascuna attività
Q Prezzo/u Prezzo tot Prezzo/giorno[unità] [€/unità] [€] [€/giorno]
Pannelli 140 200,00€ 28.000,00€ 14.000,00€ Sostegno pannelli 28 400,00€ 11.200,00€ 2.240,00€
Inverter 1 5.600,00€ 5.600,00€ 5.600,00€ Cablaggio -‐-‐ -‐-‐ 400,00€ 133,33€ Sistemi di protezione -‐-‐ -‐-‐ 875,00€ 437,50€ Totale
Costo materiali
46.075,00€
Costo orario Costo attività Costo al giorno[€/h] [€] [€/giorno]
Progettazione (A.1) 35 560 280Approvvigionamento (A.2) 20 160 160Messa in posa (A.3) 15 1.800 120Progettazione (B.1) 35 560 280Approvvigionamento (B.2) 20 160 160Installazione (B.3) 20 960 160Progettazione (C.1) 35 840 280Approvvigionamento (C.2) 20 160 160Installazione (C.3) 22 1.584 176Progettazione (D.1) 35 840 280Approvvigionamento (D.2) 20 160 160Installazione (D.3) 22 704 176Progettazione (E.1) 35 840 280Approvvigionamento (E.2) 20 160 160Messa in posa (E.3) 20 160 160Allacciamento (E.4) 22 176 176
collaudo impiantoPotatura alberi
600,00€ 35,00€ 30,00€
Cablaggio (C)
Sistemi di controllo e sicurezza (D)
Inverter (E)
Allacciamento alla rete (F)
Sostegno pannelli (A)
Panneli (B)
14
Calcolo dell’avanzamento economico
Unità
di m
isura utilizzato: €
Giorno
12
34
56
78
910
1112
1314
1516
1718
1920
2122
2324
2526
2728
29
Ingegnere en
ergetico
280
280
280
280
Ingegnere meccanico
280
280
Ingegnere elettrico
280
280
280
280
280
280
280
280
280
Ope
raio sp
ecializzato
160
160
160
Elettricista
176
176
176
176
176
600
Ope
raio edile
120
120
120
120
120
Ufficio acquisti
160
320
160
160
320
160
160
160
Gestore rete elettrica
Giardiniere
240
Materiale
2678
8278
2240
2240
2240
1400
014
000
133
133
133
TOT costo giornaliero
280
280
960
560
600
440
280
440
600
3254
8998
2520
2360
2360
016
00
1416
014
160
309
309
309
176
600
280
00
028
0
TOT costo cumulato
280
560
1520
2080
2680
3120
3400
3840
4440
7694
1669
119
21121
57123
93123
93124
09124
09138
25152
41152
72053
03053
33953
51554
11554
39554
39554
39554
395
5467
5
tot %
costo cum
ulato
0,5%
1,0%
2,8%
3,8%
4,9%
5,7%
6,2%
7,0%
8,1%
14,1%
30,5%
35,1%
39,5%
43,8%
43,8%
44,1%
44,1%
70,0%
95,9%
96,4%
97,0%
97,6%
97,9%
99,0%
99,5%
99,5%
99,5%
99,5%
100,0%
15
Il metodo utilizzato per calcolare l’avanzamento economico è anche in questo caso quello a frequenza giornaliera, fatta eccezione per il calcolo dell’approvvigionamento. In particolare, il costo totale delle attività di procurement non è stato distribuito uniformemente su tutta la durata di tali attività, ma è stato concentrato in uno o più giorni.
Il costo complessivo per ciascun giorno è stato calcolato sommando i vari esborsi economici associati alle attività svoltesi nel periodo di tempo considerato.
Curve ottenute
Andamento dell’avanzamento fisico (construction) e di quello economico del progetto
In questo grafico è possibile evidenziare qualitativamente l’andamento tipico delle curve ad “S”.
In particolare, emerge che nella fase iniziale del progetto si verifica un andamento con crescita limitata della construction ad indicare la prevalenza delle attività di ingegneria che non concorrono immediatamente all’avanzamento fisico (associato alla construction).
Per quanto riguarda la curva dei costi, si evidenzia nella fase iniziale una crescita limitata in quanto essa richiede un forte dispendio di tempo che non genera un avanzamento immediato.
Nella fase centrale il tasso di impiego delle risorse – quindi dei costi – è più elevato e rallenta nella fase finale del progetto a causa dei vincoli posti dai lavori già realizzati.