COME REALIZZARE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO A ISOLA CON INVERTER IBRIDO

VITO SPERONI CONSULENTE SULLE TELECOMUNICAZIONI E FOTOVOLTAICO

PROGETTARE PICCOLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI (VERSIONE AGGIORNATA)

 INVERTER IBRIDO PER IMPIANTI FOTOVOLTAICI A ISOLA

L’inverter ibrido è un inverter fotovoltaico “ampliato” che converte la corrente continua in alternata, e gestisce e coordina i flussi di energia elettrica provenienti dal fotovoltaico, dalla batteria, dalla Rete elettrica o dall’UPS .

Esistono diverse tipologie di inverter ibridi per impianti fotovoltaici ad isola. Vediamone alcuni:

INVERTER IBRIDI TUTTI IN UNO 

Sono inverter a onda pura completi di Inverterregolatore di carica (PVM o MPPT), il caricabatteria di rete, e la funzione UPS.

Con questo Inverter è possibile su un’unica macchina collegare i pannelli fotovoltaici, le batterie, il carico, e la rete elettrica o l’UPS.

Esempio: L’inverter ibrido può  alimentare i carichi prelevando l’energia direttamente dall’impianto fotovoltaico e nel caso in cui l’energia elettrica proveniente dall’impianto fotovoltaico non è sufficiente, l’inverter la preleverà  dalle batterie, oppure commuterà sulla rete elettrica o a un generatore quando l’energia del fotovoltaico o quella proveniente delle batterie non sono in grado di alimentare il carico.

FUNZIONAMENTO OFF-GRID

In zone dove non è presente la rete elettrica nazionale, l’inverter ibrido è una delle soluzioni migliori quando si vuole costruire un impianto fotovoltaico a isola, tale apparato contiene al suo interno l’inverter e il regolatore di carica. In questa modalità è necessario il collegamento delle batterie all’inverter in modo da fornire l’energia quando non viene generata dal fotovoltaico.

INVERTER IBRIDO SENZA BATTERIE

La particolarità di questo inverter ibrido solare è di poter lavorare anche senza BATTERIA, ma è indispensabile che siano collegati all’inverter sia i pannelli solari fotovoltaici che la rete elettrica nazionale.

FUNZIONAMENTO COME BACK UP DELLA LINEA ELETTRICA

In caso in cui si voglia evitare un disservizio per una interruzione della linea elettrica si può programmare l’inverter come UPS. La commutazione dalla rete alle batterie è di qualche millisecondo evitando così lo spegnimento dei carichi.

 

 DIMENSIONAMENTO DEL NOSTRO PROGETTO CON L’INVERTER IBRIDO

Lo stesso progetto visto in precedenza sarà realizzato con un inverter ibrido. I valori saranno gli stessi:

La potenza dei pannelli fotovoltaici li calcoliamo con la seguente formula:

PFVPotenza effettiva del fotovoltaico in WpWhwattora utilizzati hse/g = ore sole equivalenti0,64 =efficienza effettiva (64%) data dalle perdite di sistema.

Se l’impianto fotovoltaico fosse utilizzato solo in primavera/estate/autunno è sufficiente una potenza di 700 Wse deve essere usato per tutto l’anno è necessario una potenza di 1000 W (1 kW) ed è quello che terremo come parametro di riferimento. 

DIMENSIONAMENTO DELL’INVERTER IBRIDO

In linea generale la potenza nominale dell’inverter ibrido deve essere coerente con il numero dei pannelli e stringhe che si vogliono installare. Per fare un esempio se avessimo 6 pannelli da 100 Watt ognuno la potenza nominale dell’impianto fotovoltaico sarebbe 600 Watt, per cui dovremmo scegliere un inverter che supporti una potenza nominale DC proveniente dal fotovoltaico di almeno 800 Watt.

Criteri generali per la scelta dei moduli fotovoltaici da collegare all’Inverter:

  • La tensione a circuito aperto Voc dei moduli fotovoltaici non deve superare la  tensione a circuito aperto (Voc) tollerata dall’inverter.
  • La tensione di massima potenza (Vmp) dei moduli fotovoltaici dovrebbe avvicinarsi il più possibile alla  tensione di lavoro in corrente continua (Vcc) dell’inverter, oppure nell’intervallo di lavoro ideale per ottenere migliori prestazioni.
  • Se il singolo modulo fotovoltaico non può soddisfare questo requisito, è necessario avere più moduli in serie.

L’efficienza dei pannelli fotovoltaici viene esaltata se la tensione dell’impianto fotovoltaico si avvicina alla Vmp ottimale del regolatore di carica all’interno dell’inverter ibrido.

E per dimensionare il campo fotovoltaico si potrebbe usare questo metodo:

Numero massimo di pannelli per stringa:

Dove:  Vmp pannello FvTensione di massima potenza (valore di targa del pannello fotovoltaico ); Vmp ottimale inverter = Tensione di lavoro dell’inverter.

Per sapere il numero massimo di stringhe in parallelo:

Dove: Impcorrente alla massima potenza del pannello FV.

Esempio: se avessimo un Inverter da 1,6 kWCorrente max ingresso=50 ATensione nominale= 24 VoltTensione lavoro= da 30 a 32 VccVoc= 60 Vcc.

Per cui la Voc del campo fotovoltaico non dovrebbe superare i 60 Vcc, mentre la Vpm del campo fotovoltaico deve stare tra i 30 Vcc e i 32 Vcc, avendo il pannello le caratteristiche come sotto:

Pannello fotovoltaico da: 260 WpImp=8,42Vmp=30,9Isc= 8,89Voc=37,7.

Il numero massimo di pannelli per stringa sarà: 

Il numero massimo di stringhe in parallelo sarà:

Per cui il dimensionamento dovrebbe essere:

  • 1 pannello per stringa,
  • 6 stringhe in parallelo,
  • 6 Pannelli in totale.

I Pannelli saranno collegati all’inverter ibrido.

Ora dovremo calcolare la capacità delle batterie e utilizziamo la formula seguente:

Dove: QBcapacità batteria in AhEt= consumo in WhNg= numero dei giorni di utilizzo; Tensione fotovoltaico0,5profondità di scarica0,92efficienza.

Quindi inserirò come Et= 1700 Whcome tensione del fotovoltaico: 24Volt, e giorni 3,  0,5: essendo le batterie batterie al piombo acido o piombo gel  saranno scaricate al 50%, 0,92= efficienza 92% .

462 Ah che porteremo a 400 Ah mettendo in parallelo  batterie al piombo gel  da 200 Ah-24 Volt.

Collegamento delle batterie all’inverter:

Inverter ibrido con collegato il carico:

Inverter ibrido con backup sul gruppo elettrogeno o con la rete elettrica:

PROTEZIONI 

(1) Il sezionatore serve per “sezionare” una parte dell’impianto elettrico che vogliamo isolare senza il rischio di una rimessa in tensione accidentale, e consentire la manutenzione senza rischi per l’installatore, sia come ulteriore protezione degli apparati da sovratensioni o corto circuiti da 60A.

(2) Fusibile tra Inverter e batteria, essendo la corrente nominale 66 A ne metteremo uno dello stesso amperaggio.

(3) e (4)  Interruttori  magnetotermici. (3) consigliato 20 A (Il massimo assorbimento degli apparati elettrici a 230 Volt nel nostro esempio è di 400Watt). (4) nel caso l’inverter fosse collegato alla rete o al generatore.

SEZIONE CAVI

La dimensione dei cavi che collegano l’inverter alla batteria è consigliato almeno una sezione di 14 mm²; per i cavi che dal fotovoltaico all’inverter dovrebbero avere almeno 9 mm² di sezione in quanto transita una corrente di 50 A; i cavi all’ingresso della rete devono avere almeno una sezione di 2 mm².