Come dimensionare impianto fotovoltaico ad isola (stand alone)

LINEE GUIDA PER IL PROGETTO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO AD ISOLA (STAND ALONE)

La configurazione ed il progetto di un impianto ad isola o stand-alone (non connesso alla rete elettrica nazionale) richiede un analisi precisa sulle variabili in ingresso al sistema (irraggiamento medio, ore di luce equivalenti, orientamento, inclinazione, ombreggiamenti) e delle variabili di uscita (prelievo dei carichi utente, tempo di utilizzazione, autonomia).

Che vi stiate apprestando a costruire un piccolo Kit fotovoltaico per camper, baite o imbarcazioni dovrete riporre l’attenzione su alcuni particolari necessari al perfetto funzionamento del vostro impianto.

L’impianto fotovoltaico ad isola è generalmente costituito da:

  • Uno o più moduli fotovoltaici (Policristallini , monocristallini o in film sottile)
  • Regolatore di carica
  • Batterie di accumulo
  • Inverter

Per dimensionare i vari componenti è necessario prima di tutto sapere che:

La potenza massima è data dall’inverter utilizzabile e non dal pannello. L’autonomia dipende, durante la notte, dalla capacità di accumulo (batterie) mentre di giorno dipende dalla capacità delle batterie, sommata alla corrente erogata dal modulo fotovoltaico. Il tempo di carica delle batterie dipende dalla corrente che eroga il modulo, ma occorre tenere conto se mentre il fotovoltaico carica, eventuali carichi assorbono energia. Inoltre bisogna tenere conto delle perdite di carico dovute a efficienza del regolatore di carica, efficienza dell’inverter , camblaggi, dispersione cavi.

Un buon cablaggio e ben dimensionato in base alle caratteristiche dell’impianto, aumenta l’efficienza di tutto il sistema. Per “buon cablaggio” s’intende l’utilizzo di cavi di sezione adeguata e più corti possibile, morsetti ben puliti e ben stretti. Teniamo presente che le correnti in gioco, soprattutto dalla batteria all’inverter possono essere notevoli, anche nell’ordine delle centinaia di Ampère ! E’ per questo che, per inverter di potenze oltre i 600W, si preferisce accumulare in batterie collegate in serie a 24Vdc, in modo da dimezzare la corrente a parità di potenza.

Analisi delle utenze e dimensionamento:

L’analisi delle utenze (o dei carichi) ci aiuta a capire di quanta energia abbiamo bisogno. Quindi è necessario, ad esempio, sapere:

  • Se deve far funzionare delle luci, quante lampade deve tenere accese, di che potenza e per quanto tempo. Se deve alimentare un cancello, la potenza del motore, quanti azionamenti mediamente nella giornata, e l’assorbimento dell’elettronica 24h/24h (in Stand-by).
  • Se deve alimentare una pompa, la potenza assorbita, la portata e quanti litri deve pompare ad ogni ciclo

    Analizzato questo, si dovrebbe avere l’idea di quanti WATT abbiamo bisogno e per quanto tempo, quindi potremo dimensionare, ad esempio: 4 luci da 25W/cad. accese solo di notte:

Risulta un assorbimento massimo durante l’inverno di 100W per 15 ore. Un inverter che eroga 100W, a 24Vdc, assorbe circa 5 Ampère (100W / (24V * 0,85)) tenuto conto del rendimento dell’apparecchio di circa 85% Quindi se moltiplico la corrente assorbita per le ore necessarie ho la capacità di batteria necessaria: 5A x 15h = 75Ah Sapendo che le batterie, per la loro efficienza, vengono utilizzate non oltre il 90% della loro capacità, si deduce che l’accumulo minimo sarà dato da 2 x 80Ah (due batterie 12Vdc in serie per ottenere 24Vdc) Per ricaricare le batterie da 80Ah, di giorno, a carichi spenti, si potrà fare con un modulo da 260Wp e saranno necessarie almeno 10 ore di sole.

Circuito-fotovoltaico

ESEMPIO: Baita isolata nelle colline del nord Italia (usata nel periodo estivo)

Consideriamo un piccolo impianto per un utenza costituita da TV, frigorifero a basso consumo, 3 lampade anch’esse a basso consumo,per una potenza di circa 300W di picco, con un uso di 2 giorni del fine settimana nel periodo estivo.

Il fabbisogno energetico previsto è di circa 3500 Wh/settimana; considerando le perdite di sistema, si può ipotizzare che la capacità richiesta alle batterie sia di 4000 Wh, garantita da due unità di capacità 200Ah. Durante il periodo in cui le utenze non sono utilizzate il sistema provvederà caricare le batterie. Il sistema di ricarica potrà essere realizzato con un modulo fotovoltaico di potenza 185 W e da un regolatore di carica da 10 A, che uniti alle batterie e all’inverter da 600W garantiscono le prestazioni richieste.

Suggerimenti utili:

  • Ricordati di sovradimensionare leggermente l’Inverter . Solitamente la potenza di cartello è la potenza massima che può erogare, non la miglior potenza alla quale far lavorare il prodotto. Dunque per un sistema duraturo è preferibile aumentare del 25% la potenza dell’inverter.
  • Le batterie subiscono una grande usura con scariche profonde, quindi anche in questo caso ricordati di sovradimensionarle cosi da minimizzare la possibilità di scarica superiori al 50% della loro resa energetica
  • Scegli pannelli e inverter di qualità con almeno 5 anni di garanzia, questo ti garantirà un risparmio nel lungo periodo e una maggiore sicurezza del tuo impianto fotovoltaico
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