CALCOLO DELL’ENERGIA RICHIESTA GIORNALMENTE NEL FOTOVOLTAICO IN WATTORA

ENERGIA RICHIESTA GIORNALIERA

Il primo parametro da tenere presente quando si vuole realizzare un impianto fotovoltaico ad uso casalingo è il fabbisogno medio di Energia in kilowattora (kWh) giornaliera.

Per prima cosa chiarisco cosa si intende per Potenza e cosa si intende per Energia.

Per approfondire:  Differenza tra Potenza e Energia, e Differenza tra kilowatt e kilowattora. 

Un semplice esempio:
Se nella vostra abitazione avete un elettrodomestico che ha una potenza di 3 kW vuol dire che questo assorbe kW nell’unità di tempo. Per cui se lo  utilizzate per 1 h, questo consumerà: 3 kW x 1h = 3kWh.

Per rendere più semplice il calcolo del consumo possiamo sommare le Potenze in Watt indipendentemente dalla Tensione di alimentazione.

Riassumendo: possiamo sommare la Potenza di una lampadina da 50 Watt + una sempre da 50 Watt + una da 100 Watt, e  il risultato sarà una Potenza totale di 200 Watt, indipendentemente che siano alimentate a 220 V o a 12 V.

ESEMPIO DI DIMENSIONAMENTO 

Per il dimensionamento del sistema fotovoltaico non collegato alla rete elettrica è buona cosa rispettare una regola generale: l’energia prodotta dovrà essere maggiore di quella consumata.

Se volessimo, per fare un esempio, creare una postazione di lavoro non collegata alla rete elettrica ma alimentata solo con il fotovoltaico per due computer connessi a Internet da usare come smart working dovremmo avere: 2 Computer portatili, 1 Router1 stampante, 1 Switch, 2 lampade a led. Per calcolare l’Energia giornaliera necessaria per alimentare la postazione di lavoro dovremo sommare le varie Potenze in Watt che trovo scritto nell’etichetta sotto l’apparato o sul libretto di istruzione, e poi moltiplicarle per le ore di utilizzo.

Calcoliamo i consumi teorici:

  • 2 Computer :         130   Watt    x  2 x 5 ore                  = 1300 Wattora *
  • 1 Router:                  20 Watt     x 5  ore                              =    100  Wattora 
  • 1 Stampante Laser in standby:  5 Watt x 4 ore    =       20 Wattora
  • 1 Stampante Laser in funzione: 50 Watt x 1 ora =      50  Wattora
  • 1 Switch: 30 Watt x 5 ore                                                   =    150 Wattora
  • 2 Lampade a led: 5 Watt x 2 x 4 ore                           =       40 Wattora
  • TOTALE:            375 Watt                                                          1660 Wattora (1,66 kWh)

* Il Computer Portatile è un modello di dimensioni superiori o dalle prestazioni elevate (normalmente non supera i 50 Watt).

La potenza totale contemporanea per il loro funzionamento è di 375 Watt , e il fabbisogno totale di energia è di 1660 Wattora che approssimiamo a 1700 Wattora (1,7 kWh). (Vedi differenza tra kW e kWh)

CALCOLO DELLA POTENZA DEL FOTOVOLTAICO (PANNELLO SOLARE)

Per prima cosa bisogna stabilire il periodo di utilizzo:

  • solo estivo,
  • solo inverno,
  • tutto l’anno.

Dopo di che consultare le tabelle o usare il simulatore ENEAPVGIS per verificare lIrraggiamento in kWh/m² anno e ricavare le ore sole equivalenti giornaliere (hse/g).

IRRAGGIAMENTO

  • L’irraggiamento annuo a Milano è di circa 1405 kWh/m² ( dati ENEA su un piano inclinato di 30°)se lo divido per 365 giorni avrò un Irraggiamento di 3,85 kWh/m² giorno  che corrispondono a 3,85 ore di sole equivalenti giorno (hse/g).
  • L’irraggiamento annuo a Roma è di circa 1653 kWh/m² ( dati ENEA su un piano inclinato di 30°)se lo divido per 365 giorni avrò un Irraggiamento di 4,53 kWh/m² giorno  che corrispondono a 4,53 ore di sole equivalenti giorno (hse/g).
  • L’irraggiamento annuo a Palermo è di circa 1732 kWh/m² ( dati ENEA su un piano inclinato di 30°)se lo divido per 365 giorni avrò un Irraggiamento di 4,75 kWh/m² giorno  che corrispondono a 4,75 ore di sole equivalenti giorno (hse/g).

I pannelli fotovoltaici devono essere rivolti a SUD, e posizionati in modo da ricevere l’irraggiamento solare per più tempo possibile. Anche l’inclinazione rispetto al suolo ha un’importanza fondamentale (per calcolare l’inclinazione in funzione della posizione vedere la formula), a esempio: con un’inclinazione di 60° si sfrutta meglio i raggi del sole nel periodo invernale, e con 20° nel periodo estivo; una media che vale per tutto l’anno è circa del 30°. Certo che se fosse possibile variare l’inclinazione a seconda della stagione sarebbe il massimo.

La Potenza Nominale del Fotovoltaico (Wp) al lordo delle perdite di sistema sarà data dall’Energia giornaliera richiesta diviso le ore sole.

Nel nostro caso la postazione dovrà funzionare per tutto l’anno e prenderemo come esempio un impianto installato a Milano:

PL= 1700 (Wh)/ 3,85 (hse/g= ore sole giornaliere)= 442 Wp

Come detto in precedenza dalla Potenza teorica (PL) bisogna togliere le perdite di sistema:

TOTALE DELLE PERDITE = 36%

L’efficienza totale sarà: 100-36= 64%. Per cui la Potenza Effettiva del Fotovoltaico (PFV) dovrà essere incrementata della perdita, e sarà:

PFV= PL/η sistema (η sistema=64%)= 442/0,64= 700 Wp

La formula generale è:

PFV (Wp)=(Wh/hse/g)/0,64

PFVPotenza effettiva del fotovoltaico in WpWhwattora utilizzatihse/g (irradianza)ore solePerdite di sistema0,64.

Per calcolare l’Energia totale generata dal Fotovoltaico si moltiplica la Potenza in Watt dei pannelli per le ore sole (hse/g).

E totale fotovoltaico= Watt (fotovoltaico) * ore sole= kWh

700 Watt di potenza del fotovoltaico sono stati calcolati su una media ore sole annuale ( 1405 kWh/m²/365= 3,85 kWh/m² giorno  che corrispondono a 3,85 ore di sole equivalenti giorno) e non siamo sicuri che valgano per tutti i mesi, per cui bisogna fare anche un altro ragionamento se vogliamo avere la certezza che il nostro impianto fotovoltaico, non collegato alla rete elettrica, dia l’energia necessaria tutto l’anno.

RIASSUMENDO

Per calcolare la produzione energetica giornaliera in kWh dell’impianto fotovoltaico bisogna moltiplicare la potenza in Watt dei pannelli fotovoltaici per le ore medie sole giornaliere in base alla tabella dell’Irradianza.

Nel nostro caso l’energia del fotovoltaico è 700 Watt * 3,85= 2700Wh giorno (2,7kWh). A questo punto è necessario verificare che i consumi elettrici giornalieri siano, di regola, inferiori alla produzione in kWh dei pannelli fotovoltaici, nel nostro caso i consumi sono 1700Wh ( 1,7 kWh) per cui l’energia fornita dal fotovoltaico è superiore al necessario.

Per avere la sicurezza che l’impianto fotovoltaico sia in grado di erogare l’energia necessaria per tutto l’anno dovremmo fare il calcolo nelle condizioni peggiori che è l’inverno e prendendo esempio dalla tabella dell’irradianza di Milano, nel periodo invernale (Dicembre, Gennaio, Febbraio le ore sole medie sono: (1,20+1,53+2,38)/3=1,7) che sono 1,7 ore giornaliere.

La produzione giornaliera del fotovoltaico nel periodo invernale sarà: 700 Watt*1,7 ore sole= 1190 Wh che non sono sufficienti, per cui, una soluzione, è installare un pannello in più, portando la potenza a 1000 Watt .

Il risultato sarà: 1000 Watt * 1,7= 1700 Whche sono quelli usati dalle utenze (Produzione fotovoltaico 1700 Wh = al consumo elettrico di 1700 Wh).

CALCOLO AUTOMATICO DELLA POTENZA NOMINALE DEL FOTOVOLTAICO (Wp)

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