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

COME DIMENSIONARE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO CASALINGO NON COLLEGATO ALLA RETE ELETTRICA (CALCOLO TEORICO)

L’installazione di un Impianto Fotovoltaico fai da te non collegato alla rete elettrica, se si tratta di un sistema complesso, e non siete un professionista del settore, potrebbe essere difficoltoso e sarebbe opportuno rivolgersi a una ditta specializzata, invece, seguendo passo passo le mie indicazioni, sarete in grado di progettare un impianto fotovoltaico, e acquistare in autonomia i pannelli fotovoltaici, le strutture di supporto, l’Inverter, il Regolatore di Carica, ed i materiali di cablatura: riducendo la spesa complessiva senza rinunciare alla qualità; oppure fare un confronto con il preventivo che le ditte vi propongono. Una volta che avrete scelto la migliore soluzione sul mercato potrete commissionare al vostro elettricista la realizzazione dell’impianto fotovoltaico.

Per quanto riguarda le autorizzazioni anche il fotovoltaico (installazione, riparazione, sostituzione) è tra gli interventi in Edilizia Libera previsti dal DM del 2 Marzo 2018 entrato in vigore il 22 Aprile purché al di fuori dei centri storici. Per cui, Per i piccoli impianti domestici, se i pannelli sono amovibili non necessitano di nessuna autorizzazione comunale. Se invece i pannelli si fissano sul tetto della casa (senza modificarne la sagoma) avranno bisogno, nella gran parte dei casi, di una comunicazione preventiva all’Ufficio Tecnico del Comune. Per gli impianti realizzati in condominio ma al servizio di singole utenze (impianti non centralizzati) non grava alcun tipo di autorizzazione comunale, ma solo quella dello stesso condominio.

PER PROGETTARE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO SI DEVE TENERE CONTO DEI SEGUENTI PARAMETRI:

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 giornaliera. Per fare ciò dobbiamo sapere come passare dalla potenza all’energia Per semplificare possiamo considerare l’energia come la capacità della potenza.

Un esempio: se teniamo accesa per un’ora una lampadina di 50 W quanta energia serve? Basta moltiplicare i Watt per il tempo: 50W * 1 ora= 50 Wh (Il Watt/ora è la grandezza che di solito troviamo nella bolletta elettrica).

Per rendere più semplice il calcolo del consumo possiamo sommare le potenze  in Watt (parametro che indica la potenza necessaria a farli funzionare) indipendentemente dalla tensione e dalla corrente.

Riassumendo i due concetti possiamo affermare che una lampadina da 50 Watt tenuta accesa per un’ora consumerà 50 Wh, se ne teniamo accese due con la stessa potenza per un’ora avremo un consumo totale di 100 Wh indipendentemente che una sia alimentata 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.

DIMENSIONAMENTO

Ad esempio se si vuole  alimentare un Televisore, un Computer portatile, uno Stereo, un Decoder, una Playstation, e ricaricare uno Smartphone: cerco il consumo in Watt che trovo scritto nell’etichetta sotto l’apparato o sul libretto di istruzione, e li sommo.

Calcoliamo i consumi teorici:

  • Televisore :        150 Watt    x  6 ore = 900 Watt/ora
  • Computer :         30   Watt    x  8 ore = 240 Watt/ora *
  • 4 Smartphone: 26 Watt     x 1  ora =    26  Watt/ora **
  • Stereo:                   60 Watt     x 4 ore =  240 Watt/ora
  • Decoder:               20 Watt     x 6 ore =  120  Watt/ora
  • Playstation 3: 185 Watt     x 4 ore =  740 Watt/ora
  • TOTALE:            471 Watt                            2386 Watt/ora 

* Computer Portatile

**Un normale caricabatteria assorbe tra i 3 e 7 Watt, e ammettiamo che in famiglia ne abbiamo 4.

La potenza totale contemporanea per il loro funzionamento è di 471 Watt , e il fabbisogno totale di energia è di 2386 Watt/ora che approssimiamo a 2400 Watt/Ora (2.4 Kwh). (Vedi differenza tra Kilowatt e Kilowattora)

CALCOLO DELLA POTENZA DEL GENERATORE 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 PVGIS per verificare le ore sole equivalenti giornaliere (hse/g). Per esempio in Lombardia, con una superficie inclinata di 30° e 5 Kwh al m² di irraggiamento giorno, corrispondono a una media di 5 ore di sole equivalente.

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, 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 teorica del Fotovoltaico (WP) al lordo delle perdite di sistema sarà data dall’Energia giornaliera richiesta diviso le ore sole.

PL= 2400 (Wh)/ 5 (hse/g= ore sole giornaliere)= 480 Wp

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

  • Perdite a causa dello scostamento della temperatura= 8%
  • Perdite per la non uniformità elettrica tra le stringhe= 5%
  • Perdite per riflessione= 3%
  • Perdita in corrente continua= 2%
  • Perdita dovuta alla carica e scarica delle batterie=8%
  • Perdita dell’Inverter= 8%
  • Perdita per la sporcizia accumulata sui moduli=2%

TOTALE DELLE PERDITE = 36%

L’efficienza totale sarà: 100-36= 64%. Per cui la Potenza Effettiva sarà:

PFV= PL/η sistema (η sistema=64%)= 480/0,64=750 Wp

CALCOLO AUTOMATICO DELLA POTENZA EFFETTIVA DEL FOTOVOLTAICO (Wp)

SCELTA DELLA TENSIONE DEL FOTOVOLTAICO

La Tensione e la Corrente, lato continua, viene scelta in base alla Potenza del Fotovoltaico

Esempio:

  • Fino a una Potenza effettiva di 200/300 Wp si possono usare dei pannelli solari a 12 Volt .
  • Da 200/300 Wp fino a 1.000/1200 Wp si possono usare i pannelli solari a 24 Volt
  • Da 1000/1200 fino a 3000 Wp si possono usare i pannelli solari a 48 Volt.

I Pannelli Solari disponibili con la tensione a 12 Volt sono di 50, 60, 70, 80, 120 Wp.

i Pannelli Solari disponibili con una tensione a 24 Volt  sono di 35, 50, 80, 100, 150, 200 Wp.

Per una Potenza di 750 Wp possiamo dimensionare la Tensione a 12 o 24 Volt:

Con una tensione a 12 Volt la Corrente circolante sarà 62,5 Ampere.

Con  una  Tensione di 24 Volt, sarà di 31,5 Ampere.

I=PFV/V= 750/12= 62,5 A 

I=PFV/V= 750/24=31,5 A

Per il nostro caso potremmo usare 4 moduli in parallelo da 24 Volt e 200 Wp ciascuno= 800 Wp Totali.  

CARATTERISTICHE DEL MODULO FOTOVOLTAICO

Potenza Massima (Pmax): 200Wp; Corrente MPP: 5,30 A; Tensione MPP (Vmax) 37,80 V; Corrente di corto circuito (Isc) 5,75 A; Tensione Circuito Aperto (Voc) 43,20 V; Tensione di isolamento 1000 V; NOCT 800 W/ m²- 20°C-AM 1,5): 45°C; Dimensioni (mm) 1581 x 809 x 35; Peso 17 Kg; Celle 72 celle 2 bus-bar in silicio monocristallino da 125×125 mm.

Nella maggioranza dei casi i Moduli Fotovoltaici sono dotati, oltre alla scatola di giunzione contenente i diodi By-Pass, anche i cavi, e i Connettori per il cablaggio MC4, che possono essere maschio/femmina o a Y.

PANNELLI FOTOVOLTAICI COLLEGATI IN SERIE E PARALLELO

CAPACITA’ DI ACCUMULO DELLA BATTERIA

Se non vogliamo sprecare l’energia che produce l’impianto fotovoltaico e averla a disposizione  anche quando non arriva dal pannello solare: la batteria è indispensabile, ed è l’elemento più critico del sistema in quanto è l’unica parte che ha bisogno di manutenzione. La durata è di circa 7/8 anni e dipende dal numero di cicli di carica/scarica e la ridotta auto scarica.

A mio parere le batterie che si usano per gli impianti fotovoltaici (stazionarie) ancora oggi più idonee sono quelle al piombo, adatte a lavorare con correnti limitate per tempi prolungati sia per la carica che la scarica e al rapporto prezzo e prestazioni. Le batterie al Litio, che rappresentano l’ultima generazione, hanno un ciclo di carica e scarica elevato (circa 6000 cicli), ma per contro il loro costo è ancora elevato.

COME CALCOLARE LA CAPACITA’ DELLA BATTERIA (Ah)

La capacità della batteria  Q (o anche C) è espressa in Ah (Ampere/ora), e per la maggior parte delle batterie a ciclo profondo è buona norma scaricarla al 50% se si tratta di batterie al piombo, o all’80% se si tratta di batterie al Litio, del livello di potenza(Vedi Calcolo matematico)

CALCOLO CAPACITA’ DI ACCUMULO (Ah)

Se l’uso è solo per il periodo estivo è sufficiente che la batteria mantenga la carica per 3 o 4 giorni se invece ci serve anche in inverno è il caso di raddoppiare i giorni. Per la Capacità totale basta moltiplicare il fabbisogno di energia/giorno (Wh) per il numero dei giorni per cui si intende mantenere la carica. 

Energia totale x i giorni: 2400 x 4= 9600 Wh (estivo);  2400 x 8= 19.200 Wh (invernale). 

Io utilizzerò 6 Giorni, che penso vada bene per entrambe le stagioni: 2400 x 6= 14.400 Wh (Energia Totale).

Ora calcolo la capacità di accumulo in Ampere/ora (Ah) che è il valore effettivo da tenere conto per garantire l’autonomia scelta:

C disp. (Ah)= E disp.(Wh)/ Tensione del Fotovoltaico (Volt)  

C disp.= Capacità disponibile di accumulo; disp.Energia disponibile.

Nel nostro caso: C disp.= 14.400/24= 600 Ah

Per questa tipologia di impianti si potrebbero utilizzare batterie al piombo acido o piombo gel che, come avevo anticipato, devono essere scaricate al 50% o all’80 % se si usano batterie al Litio, della capacità nominale.

Per cui si ottiene, se la scarichiamo all’80% (Batterie al Litio)C finale=  C disp./0,8= 600/0,8= 750 Ah

750 Ah è la capacità che dovrò utilizzare per alimentare, per un massimo di 6 giorni, il mio impianto di 14.400 Wh quando non arriva energia dal fotovoltaico. 

E si ottiene, se la scarichiamo al 50% (Batterie al Piombo)C finale=  C disp./0,5= 600/0,8= 1200 Ah

CALCOLO AUTOMATICO DELLA CAPACITA’ in A/h 

TEMPO DI CARICA E SCARICA DI UNA BATTERIA

COLLEGAMENTO BATTERIE

Le batterie possono essere collegate in Serie , in Parallelo, o Serie/Parallelo. In serie si somma la Tensione e rimane invariata gli Ampere/Ora (Ah), in Parallelo si sommano gli Ampere/Ora e rimane invariata la Tensione, in Serie/Parallelo si somma sia la Tensione del ramo in serie e gli Ampere/ora del ramo in parallelo. 

Le capacità delle batterie in commercio sono di: 120 Ah, 12 Volt; 157 Ah, 12 Volt; 200 Ah, 12 Volt; 400 Ah, 12 Volt; 200 Ah, 24 Volt; 240 Ah, 6 Volt.

Per il nostro progetto potremmo utilizzare 4 batterie ( Litio) da 200 Ah, 24 Volt in parallelo, con la scarica all’80% della sua capacità nominale. 

Oppure potremmo utilizzare 6 batterie da 200 Ah, 24 Volt al Piombo in parallelo, con la scarica al 50% della sua capacità nominale. Ed è la soluzione per il nostro progetto.

REGOLATORE DI CARICA 

Il pannello fotovoltaico (pannello solare) quando viene colpito dai raggi solari produce continuamente energia elettrica a bassa tensione 12V o multipli ( 24V, ecc.,) che viene accumulata nella batteria. Ed è per questo motivo che necessita di un controllore o regolatore di carica, inserito tra la batteria ed il pannello, in quanto occorre interrompere la carica della batteria una volta che questa si è caricata, o escludere il carico nel caso che la batteria sia in scarica profonda.

DIMENSIONAMENTO

Il dimensionamento dipende dal tipo di apparato che intendiamo usare: PVM o MPPT.

Se utilizzassimo un regolatore di carica di tipo PVM dobbiamo verificare la corrente totale di cortocircuito dei moduli o del modulo (Isc) che trovate nella scheda tecnica (la corrente Isc nei pannelli in serie rimane la stessa, in quelli in parallelo si sommano) che deve essere sempre inferiore alla corrente massima (A) che può sopportare il regolatore di carica.

Se utilizzassimo un regolatore di carica di tipo MPPT si deve verificare la potenza massima (Watt) dei moduli installati e che sia al massimo quella che è indicato nella scheda tecnica, in base anche alla tensione di batteria (es. a un regolatore di carica MPPT da 30 Ampere di portata si può, al massimo, collegare una potenza fotovoltaica di 360 Watt con una batteria di 12 Volt, e 720 Watt con una batteria di 24 VoltUtilizzando la formula: P=V x I ).

SCELTA DEL REGOLATORE

La scelta della tecnologia PWM o MPPT dipende dal tipo di pannelli usati, sia dal banco batterie.

Il PWM costa meno ma ha delle limitazioni rispetto all’MPPT e quella più importante è che l’MPPT sfrutta pienamente la potenza del pannello fotovoltaico utilizzando tensioni superiori al banco batterie, mentre nel PWM non è possibile collegare un impianto fotovoltaico a 24 Volt con batterie a 12 Volt. Per cui, in linea di massima, è consigliabile usare il PVM quando la tensione del fotovoltaico è di poco superiore alla batteria. Esempio: un pannello 12 Volt composto da 30 celle e batterie 12 Volt.

PWM

Nel nostro caso la somma delle correnti dei moduli in parallelo ed è pari a  I= Watt/Volt= 800/24= 33 A . Questo valore è teorico, in realtà il valore esatto si ricava dalla scheda tecnica sotto la voce:  Corrente di corto circuito (Isc) che è di 5,75 Ampere per modulo. Per cui la somma è: 5,74 x 4 = 23 A, e per stare tranquilli ne utilizzeremo uno superiore  in base a quelli disponibili sul mercato: 6 A, 10 A, 12 A, 20 A, 30 A, 45 A,ecc. 30 Ampere è quello che potremmo utilizzare.

MPPT

La portata di un regolatore MPPT viene calcolata tenendo conto della Potenza massima (Watt) del Fotovoltaico e dalla tensione (V) delle batterie. Per cui la corrente (Ampere) deve essere uguale o inferiore alla massima portata dell’MPPT riportata nelle specifiche.

Esempio: nel nostro caso la Potenza del Fotovoltaico è di 800 Watt e il pacco batterie è 24 Volt. Usando questa formula troveremo il valore:

Imax= P fotovoltaico (W) / Tensione batteria (V) = 800/24= 33 Ampere 

Per il nostro impianto sceglierò un Regolatore  MPPT da 60 Ampere. 

DIMENSIONAMENTO DELL’INVERTER

Se l’impianto Fotovoltaico lo voglio usare solo per l’illuminazione posso utilizzare le lampadine a 12/24 Volt che collegherò all’uscita apposita del regolatore,

ma se voglio alimentare altri apparati devo per forza utilizzare un Inverter che trasforma la corrente continua in alternata a 220 Volt, 50 Hz.

N.B. Oltre i 6 kW l’uscita in corrente alternata è Trifase (380 Volt).

L’Inventer utilizzato negli impianti isolati hanno la funzione di convertire la corrente continua in alternata e il suo dimensionamento deve essere calcolato sulla base delle Potenze massime richieste. Nel nostro caso la potenza massima totale contemporanea ( quando tutti gli apparati sono collegati) sarà di 471 Watt.

  • Televisore :        150 Watt
  • Computer :         30   Watt
  • Smartphone:      26 Watt
  • Stereo:                   60 Watt
  • Decoder:               20 Watt
  • Playstation 3: 185 Watt
  • TOTALE            : 471  Watt

Per cui potremmo installere un Inverter di 1000 W, 24 Volt (Se ci fossero delle pompe, o altri apparecchi con spunto di corrente all’accensione occorre raddoppiare la potenza nominale, nel nostro caso siamo più che a posto essendo già doppia).

L’Inverter potrebbe avere anche la funzione di scambio automatico che consente di utilizzare la rete elettrica esterna ( AC (Alternating Current: corrente alternatacome backup di emergenza, così da utilizzare al massimo le fonti energetiche alternative. Oppure intervenire quando manca la corrente elettrica, e funzionare come UPS.

SCELTA DELL’INVERTER

  1. Il dimensionamento viene fatto in base alla potenza massima richiesta dall’utenza, tenendo conto degli spunti. Es. Nel nostro caso se funzionano contemporaneamente tutti gli apparati si avrebbero 471 Watt senza spunti.
  2. La scelta avviene in base agli apparati disponibili sul mercato che possono essere a onda quadra o sinusoidale. Se si sceglie la sinusoidale potete optare per un apparato con lo Stand-By.

Nel nostro caso abbiamo abbondato e utilizzeremo uno da 1000 Watt di picco, forma d’onda in uscita sinusoidale pura, Tensione in uscita: 220V, Tensione di ingresso: 12/ 24/ 48 VoltFrequenza di uscita: 50Hz, Tasso di conversione: 93%, con 6 tipi di protezione intelligente contro sovraccarico, alta tensione, bassa tensione, surriscaldamento, inversione di polarità, cortocircuito.

NOTA BENE: la tensione elettrica prodotta in uscita dall’inverter, è di valore pericoloso (230Volt) e quindi tutti i collegamenti elettrici DEVONO ESSERE  eseguiti da persone esperte e qualificate.

PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITI E SOVRACCARICHI

Quando si progetta un impianto fotovoltaico bisogna anche prevedere dei dispositivi sia di sezionamento che di protezione per tutti i prodotti installati, anche se alcuni hanno già all’interno delle protezioni come l’Inverter e il Regolatore di carica.

I dispositivi, in linea di massima, sono i seguenti:

  • Un fusibile e sezionatore installato sul collegamento tra il Fotovoltaico e il Regolatore di Carica. Questo dispositivo serve sia per sezionare l’impianto quando si lavora a valle del fotovoltaico, che come protezione degli apparati da sovratensioni o corto circuiti.

  • Fusibile (2) da installare tra l’uscita del regolatore di carica (morsetti dove c’è il simbolo della lampadina) e gli utilizzatori a 12, 24, o 48 Volt. L’amperaggio (A) dovrà essere calcolato in base all’assorbimento massimo (Watt) delle utenze collegate che, comunque, non dovrà superare la portata massima del regolatore.

  • Un fusibile (3) sul collegamento che parte dalla batteria, o batterie, e l’ingresso dell’Inverter. La portata (A) dovrà essere calcolata in base alla potenza in Watt dell’Inverter e alla Tensione di alimentazione (Volt), secondo la legge di OHM : P=V x I = Watt, da cui si ricava la corrente circolante I=P/V= Ampere (esempio: se utilizziamo un Inverter con una Potenza di 1000 Watt alimentato a 24 Volt, avremo che la corrente circolante I=P/V=1000/24= 41 Ampere).

I pannelli solari degli impianti fotovoltaici occupano uno spazio che è proporzionale alla potenza che si vuole ottenere, e quando l’area occupata diventa significativa i sistemi sono più soggetti agli effetti delle fulminazioni, soprattutto a quelle indirette. Per evitare danni sarebbe bene installare scaricatori di sovratensione per ogni polarità verso terra nel posto più vicino alle stringhe. La scelta della tensione degli scaricatori SPD (Surge Protection Device) lato corrente continua negli impianti isolati da terra si può calcolare utilizzando la formula seguente:

VC (SPD)= VOC STC x K

Nel nostro caso la tensione a circuito aperto (VOC) è di 43,20 Volt che moltiplicato per K (1,20) risulta che la VC (SPD) è uguale a: 52 Volt e potremmo scaricatori OVR PV.

CARATTERISTICHE DEI CAVI ELETTRICI

Scegliere la sezione giusta è importante in quanto il passaggio della corrente  nel cavo produce calore e se questo non è ben dimensionato si potrebbe surriscaldare. Le caratteristiche dei cavi usati per gli impianti fotovoltaici devono essere a norma CEI 20-91.

L’ anima del cavo è in rame e rivestita da una guaina di isolamento e deve sopportare temperature che vanno da -40 gradi a +120 gradi centigradi. I cavi devono avere una tensione nominale di 1000 Volt per la corrente alternata, e 1.500 Volt per la corrente continua. La certificazione del cavo è stampigliato sulla guaina, ad esempio la sigla “PV20” certifica che il cavo ha una durata di 20.000 ore a 120 °C.

La sezione minima non deve essere inferiore a 0,25 mm²/A per cavi fino a 50 metri di lunghezza (norma UNEL 35023). In linea di massima possiamo dire che la corrente non dovrebbe superare i 4 A / mm². Quindi se assorbe 40 A occorre un conduttore di almeno 10 mm² (40/4=10).

Quando si progetta un impianto fotovoltaico si deve rispettare la norma che impone una sezione minima dei cavi di 1,5 mm².

Questo in linea generale, ora cerchiamo di capire come arrivare alla sezione del cavo più idonea partendo dai concetti di base: la legge di Ohm, che mette in relazione tre grandezze elettriche: la Tensione (Volt), la Corrente (Ampere), la Resistenza (Ohm) con la seguente formula: V=R*I

Possiamo anche dire che fissata una intensità di corrente Iun cavo elettrico produce una caduta di tensione che è direttamente proporzionale alla resistenza RPer cui maggiore è la resistenza del cavomaggiore sarà la caduta di tensione, provocata da una determinata corrente che vi scorre.

Essendo la caduta di tensione un effetto indesiderato sarà nostro compito cercare di ridurre al minimo la resistenza del cavo, ma si deve tenere conto che la resistenza di un cavo aumenta con la sua lunghezza e diminuisce all’aumentare della sua sezione, come si vede dalla formula:

R=K*L/S

Dove: K è la resistività specifica del cavo, che nel Rame è pari a: 0,0175 Ohm*metro; L è la lunghezza del cavo, espressa in metri (m); e S è la sezione in mm².     

Se volessimo fare un esempio e applichiamo la formula a un cavo in rame di 1 mm² di sezione, e questo è percorso da una corrente continua, si avrà una resistenza di 0,0175 Ohm per ogni metro di lunghezza. Per cui supponendo di avere un cavo lungo 1 metro con una sezione di 1 mm², si avrà una resistenza di 0,0175 Ohm (0,0175*1/1=0,0175).

Ora vediamo come calcolare la caduta di tensione: se avessimo, come nel nostro caso, un Inverter di 1000 Watt e una tensione di banco delle batterie di 24 Volt avremo una perdita di circa 34 Watt, usando la formula:

W= V x I dove I= W/ V= 1000/24= 41,6 Ampere

V= I x R = 41,6 x 0,0175=0,728 Volt (caduta di tensione)

La potenza con la caduta di tensione sarà: W=V x I= 0,728 x 41,6= 30,28 Watt (che è la perdita di potenza) per cui con un cavo di rame lungo 1 metro e con una sezione di 1 mm² avrò una perdita di 30 Watt di potenza. Se dovessimo raddoppiare la sezione la perdita di dimezzerebbe (15 Watt), e così via. Questo parametro è importante per la progettazione dell’impianto.

La soluzione per diminuire la caduta di tensione sono due: o aumentare la sezione dei cavi, oppure diminuire la lunghezza.

In sintesi, per calcolare la sezione di un cavo, conoscendo la sua lunghezza, la corrente che lo attraversa, e fissando la caduta di tensione desiderata, si applica la formula seguente:

S = K * I * L / V

Dove: K è la resistività e nel rame è uguale a 0,0175 Ohm*metro, S è la sezione del cavo in mm²I è la corrente che lo attraversa (in Ampere), L la lunghezza del cavo in metri, e V la caduta di tensione desiderata.

CALCOLO SEZIONE CAVI DAL PANNELLO FOTOVOLTAICO AL REGOLATORE DI CARICA

Per calcolare la sezione dei cavi che partono dai o dal pannello fotovoltaico e si collegano al Regolatore di carica usiamo il programma di calcolo inserendo i seguenti dati (che si trovano nelle specifiche del pannello fotovoltaico): numero dei pannelli solaritensione al punto massimocorrente al punto massimolunghezza del cavo partendo dai pannelli al regolatore (m) ;caduta di tensione (V)tensione del sistema(V).

Nel nostro caso: i pannelli sono 4; la corrente 5,30 A; la tensione 37,80 V; lunghezza 10 m; caduta di tensione 0,48 V( 2% DI 24 V), tensione del sistema 24 VoltIl risultato è: 8 mm². Useremo cavi da 10 mm² tipo FG21.

Lo stesso risultato che si ottiene con la formula: S = K * I * L / V= 0,0175*21,2*10/0,48=7,8 mm²

dove K= resistività:0,0175; I = corrente massima circolante, nel nostro caso 5,30×4 =21,2 essendo i pannelli in parallelo; L= lunghezza cavo (10 m); V=caduta di tensione(0,48 V).

Chiaramente se la lunghezza varia, come conseguenza, varia la sezione. Esempio se la lunghezza fosse di 5 metri, la sezione sarebbe: S = K * I * L / V= 0,0175*21,2*5/0,48=3,8 mm²

CADUTA DI TENSIONE IN FUNZIONE DELLA LUNGHEZZA DEL CAVO

Come detto prima la caduta di tensione deve stare nel 2% vediamo se la condizione è stata rispettata e usiamo questa formula:

ΔV%= (Pmax* K*L/S*(V alla massima potenza)²)*100 

ΔV= caduta di tensione; Pmax= potenza massima del fotovoltaico; K (ρ)= resistività; S= sezione del cavo; V = tensione alla massima potenza.

ΔV%=(800*0,0175*10/10*(43,2)²)*100=0,75% (inferiore al 2% per cui va bene).

CARATTERISTICHE DEL CAVO FG21

CALCOLO SEZIONE CAVI DA BATTERIA A INVERTER

Se devo calcolare la sezione dei cavi (6 metri di lunghezza tra andata e ritorno) che partono dalla batteria (24 volt) all’Inverter (1000 Watt), e la caduta di tensione è il 2%, avrò con il  programma di calcolo:  la sezione del cavo sarà di 10,42 mm² che porterò a 16mm² tipo FG21.

Il risultato è più o meno lo stesso se usiamo la formula: S = K * I * L / V= 0,0175*42(I=W/V=1000/24=42)*6/0,48=9,18

RAPPORTO TRA IL RENDIMENTO DEL PANNELLO FOTOVOLTAICO E LA SUPERFICIE DISPONIBILE

Il dimensionamento dell’area disponibile per installare i pannelli fotovoltaici in funzione della potenza che vi necessita può essere la vera discriminate. Vediamo quanti metri quadri servirebbero per avere una potenza di 0,75 kWp usando la formula.

Con pannelli in Monocristallino occorrono circa 4,2 metri quadri, con pannelli in Policristallino 5,4, e 8,7 con pannelli in silicio amorfo.

COMMUTATORE 24/48 V, DA SOLARE A RETE ELETTRICA

Questo tipo di impianto casalingo è stato concepito per non trasferire l’energia in eccesso alla rete, ma per chiudere il cerchio del mio progetto devo prevedere anche la possibilità, nel caso che nei mesi invernali i giorni senza sole superino quelli che abbiamo stabilito, di evitare che il regolatore di carica scolleghi le batterie in quanto scariche e di trovarci senza energia. Una soluzione può essere quella di installare un Commutatore che permette di deviare automaticamente il prelievo di corrente dalle batterie alla rete elettrica esterna, e quando si saranno ricaricate, o il gruppo fotovoltaico avrà ripristinato le sue capacità di fornire energia, scollegherà la corrente elettrica prelevata esternamente.
Si specifica che l’energia non viene mai immessa nella rete elettrica, ma viene solo prelevata quando serve.

Come funziona il commutatore

Il regolatore di carica , oltre ad assolvere le funzioni di controllo della carica/scarica delle batterie, viene utilizzato per comandare automaticamente la commutazione tra l’inverter e la rete elettrica esterna, grazie al fatto che ai morsetti d’uscita del regolatore (contrassegnati dal simbolo della lampadina) è presente una tensione in grado di attivare la bobina del relè del commutatore soltanto se le batterie dell’impianto risultano avere un valore di tensione di carica sufficiente, se invece scende sotto un predeterminato valore, il regolatore di carica interrompe la tensione ai morsetti d’uscita disattivando la bobina del commutatore, generando la deviazione del prelievo di corrente da batterie a rete elettrica esterna.

QUANDO IL REGOLATORE DI CARICA RICEVE ENERGIA DALLE BATTERIE

QUANDO IL REGOLATORE DI CARICA NON RICEVE ENERGIA DALLE BATTERIE

SCHEMA COMPLETO

RIASSUNTO CON CALCOLO AUTOMATICO

Per il calcolo della Potenza Totale (Wp) di un Impianto Fotovoltaico fai da te usate il CALCOLATORE AUTOMATICO.

Per il dimensionamento del Regolatore di Carica seguire le istruzione della pagina

Per il dimensionamento dell’Inverter vedere la pagina apposita.

 Quello che vi ho descritto è soltanto un esempio di come iniziare a produrre autonomamente una piccola autoproduzione energetica a energia solare. Questi tipi di impianti fotovoltaici autonomi, anche se limitati nella disponibilità energetica, sono una esperienza personale che contribuirà comunque a migliorare l’ambiente producendo meno CO2.

Queste precisazioni sui piccoli impianti fotovoltaici a batteria non devono essere percepite come una perdita di tempo e denaro, o uno sfizio, ma uno sprone a un continuo e costante miglioramento delle “performance” energetiche e di risparmio. Nel tempo potrete, come vedrete nei successivi esempi, aumentare il numero di pannelli solari e batterie, aumentare la potenza dell’inverter e del regolatore di carica diminuendo sempre di più la dipendenza dal gestore attuale, e anche fornirgli l’energia superflua: riducendo sempre di più l’impatto ambientale dovuto all’utilizzo di energia prodotta da fonti inquinanti da parte dei gestori.