Obiettivi Formativi

Conoscenza generale dei principi operativi degli impianti di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili con particolare enfasi ai sistemi eolici e fotovoltaici. Capacità di valutare la producibilità di impianti di generazione dell''energia elettrica da fonti rinnovabili. Capacità progettare sistemi eolici e fotovoltaici.

Learning Goals

A general knowledge of operational principles of electric power generators from renewable energy sources, with emphasis on wind and photovoltaic systems. The ability to evaluate the production of electric energy from renewable energy sources. The ability to design wind and PV systems.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni

Teaching Methods

Lectures and tutorials

Prerequisiti

Elettrotecnica, Sistemi Elettrici, Macchine Elettriche, Elettronica Industriale di Potenza, Azionamenti Elettrici.

Prerequisites

Electric Engineering, Electric Power Systems, Electric Machines, Power Electronics, Electric Drives.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale

Assessment

Oral exam

Programma del Corso

Contenuti del corso Partendo dalle basi teoriche di impianti elettrici, elettronica di potenza ed azionamenti elettrici, il corso si propone di fornire una conoscenza generale dei principi operativi dei sistemi di generazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile con particolare enfasi sui sistemi eolici, fotovoltaici e micro-idroelettrici, nonché di sviluppare la capacità di valutare la producibilità di energia elettrica e la capacità di progettare impianti eolici e fotovoltaici. Programma del corso • Introduzione: Le energie rinnovabili. Produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. La rete di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Il mercato elettrico. Sistemi di accumulo dell'energia elettrica. Meccanismi di incentivazione. Smart e micro grid. • Impianti eolici: Componenti di un aerogeneratore e dispositivi di controllo. Alternatori. Convertitori Statici di Potenza. Trasformatori. Turbine eoliche a velocità costante ed a velocità variabile. Controllo della velocità e della potenza generata. Effetti sulla rete elettrica. Schemi di controllo. Analisi di producibilità. Criteri di progettazione. • Impianti fotovoltaici: Radiazione diretta, diffusa, riflessa e totale. Stima della radiazione media. Funzionamento di una cella fotovoltaica. Tipi di celle fotovoltaiche. Rendimento. Punto di massima potenza. Influenza dell'irraggiamento e della temperatura. Moduli, stringhe e campi fotovoltaici. Connessione in serie ed in parallelo. Struttura degli impianti fotovoltaici: inverter centralizzato, convertitore di stringa, moduli AC e moduli DC. Inverter: struttura a singolo e doppio stadio, con o senza trasformatore di isolamento. Filtri. Protezione contro sovracorrenti, sovratensioni e per contatti diretti e indiretti. Impianti grid-connected e ad isola. Rendimento. Valutazione della producibilità. Schemi di impianto. Criteri di progettazione. • Impianti mini e micro-idroelettrici: Tipi di turbine. Curve di rendimento. Tipologie di impianto. Analisi di producibilità. Criteri di progettazione. • Impianti di generazione che sfruttano le correnti marine e le maree e l’energia delle onde: Tipologie di impianto. Esercitazioni Un elemento fondamentale di questo corso è la partecipazione ad un progetto di gruppo in cui sono messi in pratica i concetti teorici presentati e sono utilizzati strumenti software professionali per la progettazione di impianti fotovoltaici ed eolici.

Course Syllabus

Course description and learning objectives Starting from the theoretical background of electrical systems, power electronics and electric drives, the course aims to provide a general understanding of the operating principles of electric energy generation from renewable sources, with a particular emphasis on wind and photovoltaic systems. A major goal of the course is the development of the ability to assess the yield of a renewable energy generation plant and the ability to design wind generation plants and photovoltaic systems. Course syllabus • Introduction: Renewable energies, generation of electricity from renewable sources. The electric transmission and distribution network. The electricity market. Electrical energy storage systems. Incentive policies. Smart and micro grids. • Wind power plants: Components of a wind turbine and control devices. Alternators. Static Power Converters. Transformers. Constant and variable speed wind turbines. Control of speed and power. Interactions with the power grid. Control schemes. Yield assessment. Design criteria. • Photovoltaic systems: Solar radiation. Operation of a photovoltaic cell. Types of photovoltaic cells. Efficiency. Maximum Power Point. Influence of irradiation and temperature. Modules, strings and photovoltaic fields. Cells series and parallel connection. Structure of photovoltaic systems: central inverter, string inverter, AC and DC modules. Inverter: single and double stage structures, with or without an isolation transformer. Grid-connected and stand-alone systems. Efficiency. Yield assessment. Design criteria. • Mini and micro hydro-electric plants: Hydraulic turbines. Efficiency diagrams. Types of plants. Yield assessment. Design criteria. • Electric energy generation systems from marine currents, tidal currents and wave energy: main kinds of plants. Student project A major element of this course will be the participation in a team project related to the concepts presented in class, as well as, to the use of professional software tools for the design of photovoltaic and wind generation plants.