COME REALIZZARE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO DOMESTICO (CALCOLO TEORICO) COLLEGATO ALLA RETE ELETTRICA

L’installazione di un Impianto Fotovoltaico collegato alla rete elettrica deve essere eseguito da un professionista del settoreInvece,  seguendo passo passo le mie indicazioni, sarete in grado di progettare un impianto fotovoltaico e, volendo, potreste acquistare in autonomia i pannelli fotovoltaici, le strutture di supporto, l’Inverter, il Regolatore di Carica (se con accumulo), ed i materiali di cablatura,che metterete a disposizione del tecnico che provvederà all’installazione, riducendo la spesa complessiva senza rinunciare alla qualità, oppure fare un confronto con il preventivo che le ditte vi propongono. Per le autorizzazioni vale quanto ho scritto in precedenza.

Prima di passare alla configurazione e al calcolo dell’impianto fotovoltaico in autoconsumo vorrei fare alcune precisazioni.

Ci sono almeno due ragioni per passare al fotovoltaico in autoconsumo:

  1. Il costo in bolletta dell’energia elettrica varia tra 0,20 e i 0,30 euro per kWh (nel mio caso: 0,25) mentre il costo di produzione del fotovoltaico varia tra 0,05 e 0,10 euro per kWh.
  2. Le detrazioni fiscali.

Per cui l’autoconsumo in sito dovrebbe essere sempre conveniente. Dico dovrebbe perché se non dovesse succedere potrebbe essere dovuto all’impianto non fatto correttamente.

Un impianto fatto a regola d’arte prima di tutto dovrebbe usufruire istantaneamente dell’energia elettrica autoprodotta e solo quella che non serve dovrebbe essere messa in rete, ma se, ad esempio, tutta l’energia prodotta fosse erroneamente messa in rete per poi riprenderla istantaneamente o al momento del bisogno, questa verrebbe conteggiata dal contatore bidirezionale sia in ingresso che in uscita, e siccome quella prelevata costa di più di quella messa in rete si potrebbe vanificare i risparmi.

Per cui, come detto in precedenza, l’utente deve consumare prima di tutto l’energia autoprodotta e solo quando non è disponibile prelevarla dalla rete, mentre quando all’utente non necessita l’utilizzo dell’energia o è in abbondanza: immetterla in rete.

L’impianto corretto è a grandi linee come da schema.

In questa figura è riportato il corretto schema di realizzazione dell’impianto, in quanto permette l’autoconsumo dell’energia autoprodotta prima che questa venga immessa in rete, e il corretto posizionamento dei contatori elettrici (Contatore energia fotovoltaico e Contatore bidirezionale) che consente il giusto conteggio dell’energia autoconsumata, di quella immessa in rete, e di quella prelevata dalla rete.

Per calcolare l’autoconsumo:

Autoconsumo = energia totale prodotta dal fotovoltaico –  energia immessa in rete

Formula per calcolare il risparmio in bolletta:

Risparmio in bolletta (£) = autoconsumo in kwh x 0,25 (£) 

(0,25 è un prezzo medio lordo dell’energia in bolletta di cui ho preso come riferimento).

Esempio:

Energia prodotta = 2.500 kwh (anno)
Energia immessa in rete = 1.000 kwh (anno)
Autoconsumo = 2.500 – 1.000 = 1.500 kwh (anno)
Risparmio in bolletta = 1.500 x 0,25 = 375 euro (anno)

ARCHITETTURA DELL’IMPIANTO

L’architettura di un impianto fotovoltaico connesso alla rete può essere di due tipi: senza accumulo, o con accumulo.

SENZA ACCUMULO

Il sistema fotovoltaico connesso alla rete elettrica senza accumulo è costituito dall’insieme dei moduli e dall’ inverter.

L’inverter , le cui caratteristiche sono diverse da quelli usati per impianti fotovoltaici isolati, deve convertire la corrente continua proveniente dai pannelli solari in corrente alternata con la stessa tensione e frequenza della rete elettrica a cui è collegato. In parole povere l’Impianto Fotovoltaico lavora in parallelo alla rete diventando lui stesso un piccolo generatore. Per cui il fotovoltaico produce, e l’energia può essere utilizzata direttamente dagli apparati collegati (televisore, lavatrice, lampadine, ecc.), oppure essere immessa in rete. La corrente elettrica generata dai pannelli viene contabilizzata da un contatore posto a valle del generatore, e la corrente messa in rete o prelevata viene contabilizzata da un contatore bidirezionale installato vicino al punto di prelievo.

FUNZIONAMENTO TEORICO DELL’IMPIANTO FOTOVOLTAICO IN REGIME DI INTERSCAMBIO 

Nelle ore di luce, l’utenza consuma l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico.

Di notte o in condizioni di luce insufficiente, l’utenza preleva l’energia dalla rete elettrica.

Se l’impianto produce di più di quanto richiesto dall’utenza, l’energia in eccedenza sarà immessa in rete e contabilizzata dal contatore bidirezionale.

La componentistica per un impianto base è:

DIMENSIONAMENTO, CONFIGURAZIONE, E CALCOLO  

In questo esempio si ipotizza la configurazione di un impianto di piccole dimensioni tipico di una casetta mono famigliare con due persone, dove gli impianti sono collegati alla rete pubblica a bassa tensione con sistemi di messa a terra di tipo TT, dove verranno connesse le masse dell’impianto fotovoltaico, che invece rimane isolato nelle sue parti attive. Si ipotizza inoltre che la corrente presunta di corto circuito fornita dalla rete pubblica sia di circa 6 kA.

Nel nostro caso il contratto con la società elettrica è di 3 Kw e il consumo annuo è di 2500 kWh.

DIMENSIONAMENTO

Per dimensionare un impianto collegato alla rete elettrica esistono, fondamentalmente, due criteri:

  • In funzione al fabbisogno energetico, e alla produzione di energia del fotovoltaico. In parole povere, quando l’esigenza che prevale è l’autoconsumo, e lo scambio delle eccedenze di energia con la rete.
  • In base alla disponibilità di spazio che consente ai pannelli fotovoltaici il massimo irraggiamento.

In linea generale la quantità di energia prodotta dai pannelli solari deve essere uguale o inferiore a quella che fornisce il distributore al cliente.

ESEMPIO DI CALCOLO DELLA POTENZA IN kWp

La potenza dell’impianto fotovoltaico è il rapporto tra il consumo del cliente, che si trova, di solito, nella seconda pagina della bolletta elettrica in kWh anno, e una stima della produzione locale del fotovoltaico, tenendo in considerazione le ore di sole equivalenti. Il dimensionamento deve anche tenere conto che il rendimento dell’impianto sarà dell’80%, in considerazione delle varie perdite.

La formula per il calcolo della Potenza massima del Fotovoltaico è questa:

  • kWh= è il consumo di energia di un anno (ricavabile dalla bolletta elettrica)
  • h= è la media annua dell’energia solare giornaliera
  • K= è il coefficiente che tiene conto delle perdite complessive dell’impianto fotovoltaico, che stimiamo tra il 0,75 e 0,8.

ESEMPIO DI DIMENSIONAMENTO DELLA POTENZA CON PREVALENZA ALL’AUTOCONSUMO 

  Per prima cosa calcoliamo le ore di sole equivalenti, che saranno diverse a seconda di dove è ubicato l’impianto: ipotizziamo Milano e utilizziamo il sito PVGIS. I dati, a seconda il sito, possono essere in Mj, in questo caso si dovrà dividere  per 3,6 per ottenere i kWh. Nel nostro caso la media giornaliera annua di radiazione solare incidente su una superficie inclinata di 30° è di 3,95 kWh.

Se ad esempio il consumo annuo fosse di 2.500 kWh usando la formula:

L’esempio di dimensionamento preliminare si riferisce alle migliori condizioni sia di orientamento ed esposizione, ovvero: inclinazione di 30° e orientamento a SUD. Chiaramente se l’utente si trovasse in un’altra Regione la Potenza cambierebbe. La media annua nazionale al SUD riporta un valore vicino a 1.280 kWh prodotti mediamente in un anno per ogni kW di potenza dell’impianto fotovoltaico, al Nord d’Italia la media è di 1.100 kWh per kW di picco.

Dal calcolo visto in precedenza al Nord sarebbe 1.110 x 2, 17=  2.408 kWh annui, in linea con i nostri calcoli, al Sud con un’analoga potenza avremo: 1.280 x 2, 17= 2.622 kWh annui.

DIMENSIONAMENTO PER AREA DISPONIBILE

Il dimensionamento dell’area disponibile per installare i pannelli fotovoltaici in funzione della potenza massima che vi necessita può essere la vera discriminate. Vediamo quanti metri quadri servirebbero per avere una potenza di 2,5 kWp. usando la formula.

Ipotizzando di usare moduli in Policristallino da 280 Watt in serie ne servirebbero 9 e, usando la formula, occorrerebbero circa 18,15 metri quadrati, in Monocristallino circa 14,12, e 29,2 con pannelli in silicio amorfo.

Caratteristiche tecniche del Pannello fotovoltaico da 280 Wp 24 Volt

  • Potenza Massima (Pmax) 280 W
  • Tensione alla massima potenza (Vmp) 31,80 V
  • Corrente alla massima potenza (Imp) 8,81 A
  • Tensione a vuoto (Voc) 38,90 V
  • Corrente di cortocircuito (Isc) 9,35 A
  • Efficienza del modulo 17.10%
  • Tensione massima di sistema (DC) 1000 VDC

Per sicurezza i componenti dell’impianto sceglierò i componenti dell’impianto fotovoltaico il valore maggiore tra la tensione a vuoto massima (31,80 V) e il 120% della tensione a vuoto dei moduli : 38,90 x 120%= 46,68 Volt; che sarà la tensione di riferimento.

Caratteristiche elettriche della stringa:

  • tensione alla massima potenza: 287 Volt
  • corrente alla massima potenza: 8,81 A
  • corrente di corto circuito : 10 A
  • tensione a vuoto massima: 420 Volt

SCELTA DELL’INVERTER

 

IN COSTRUZIONE