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IMPIANTO AUTONOMO AD ENERGIA SOLARE FOTOVOLTAICA DA 1500 WATT (6 PANNELLI DA 250 WATT DI POTENZA) CON COMMUTAZIONE AUTOMATICA TRA BATTERIE E RETE ENEL PER IL FUNZIONAMENTO DI LAMPADE, APPARECCHIATURE ELETTRICHE E INFORMATICHE.
Ecco un interessante esempio di impianto fotovoltaico autonomo a batterie (con 6 pannelli da 250Watt di potenza) per l'autoproduzione di elettricità da fonte solare da utilizzare per il funzionamento di lampade, utenze elettriche e informatiche alimentate a 230Volt.
La particolarità interessante di questo impianto fotovoltaico è quella di essere dotato di un semplice ma efficace dispositivo di commutazione automatica (relè) in grado di gestire l'alimentazione dell'impianto elettrico di casa/ufficio sia dalle batterie collegate all'inverter che dalla rete ENEL.
La commutazione automatica tra l'inverter e la rete ENEL fa in modo di evitare blackout al nostro impianto elettrico, ma sopratutto evita di prelevare energia elettrica a pagamento (da ENEL o altri fornitori) fino a quando il sole e le batterie hanno energia sufficiente per far funzionare le apparecchiature e le luci collegate al nostro impianto elettrico.
Quindi, la principale fonte di approvvigionamento elettrico di casa/ufficio sarà la nostra rete elettrica autonoma alimentata dai pannelli fotovoltaici e dalle batterie e soltanto secondariamente (di riserva) la rete elettrica a pagamento ENEL (o degli altri gestori di fornitura).
(clicca sullo schema per ingrandirlo)
L'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina, interamente installato "fai-da-te", è del tipo autonomo a batteria ("stand alone"), cioè non connesso direttamente alla rete elettrica nazionale, dotato di 6 pannelli fotovoltaici da 250 Watt per un totale di 1500 Watt (1,5kW).
I 1500 Watt di questo impianto FV possono sembrare pochi se rapportati, per esempio, ai 3000 Watt (3 kW) di un'installazione fotovoltaica di solito proposta per sopperire all'intero fabbisogno d'energia di una normale abitazione, però anche questi 1500 Watt sono già più che sufficienti per ottenere delle belle soddisfazioni energetiche alternative, rinnovabili, pulite, autonome, e con possibilità di futuri ampliamenti.
Non tutti hanno infatti la fortuna di possedere un tetto/terreno di proprietà, ben orientato al sole, privo di ombreggiature e di dimensioni idonee per poter ospitare 12 pannelli fotovoltaici da 250 Watt, occorrenti per un impianto da 3000 Watt, nonché magari di poter disporre subito delle risorse economiche occorrenti per la sua completa realizzazione.
Ma vediamo ora meglio nel dettaglio i vari componenti e le soluzioni tecniche adottate per la realizzazione di questo efficiente impianto fotovoltaico autonomo da 1500 Watt.
(clicca sulle foto per ingrandirle)
I 6 pannelli fotovoltaici da 250 Watt sono stati posizionati sul tetto piano della casa senza dover forare o rovinare lo strato catramato di copertura impermeabile, utilizzando degli appositi supporti inclinati in cemento che fungono anche da pesante zavorra in caso di vento.
nota tecnica: in caso di tetti spioventi, il pannello fotovoltaico può essere ad esempio fissato direttamente alle tegole tramite l'utilizzo di apposite staffe sagomate . Inoltre, non è proprio indispensabile disporre di un tetto per poter posizionare i pannelli. Se la superficie è adeguata si possono anche posizionare su balconi, terrazzi, tettoie, gazebi, pergolati, terreni, muretti, ecc. ecc..
L'area prescelta per il posizionamento dei pannelli deve comunque essere il più possibile esposta al sole e senza ombre dovute ad alberi, fili, antenne, edifici, comignoli, ecc. (in generale tutti i pannelli fotovoltaici per poter funzionare bene e produrre sufficiente energia hanno bisogno di essere esposti al sole diretto su tutta la loro superficie e non alla semplice luce ambientale, anche se diurna).
COMPONENTI PER LA REALIZZAZIONE DELL'IMPIANTO FV DA 1500 WATT:
Nr.6 pannelli solari fotovoltaici da 250W
Per vedere nel dettaglio le caratteristiche tecniche del pannello fotovoltaico da 250 Watt, clicca sul tasto qui sotto:
clicca qui: ---->
Come regola generale i pannelli fotovoltaici devono sempre essere posizionati, per ottenere la massima resa, nell'area più al sole che avete, rivolti il più possibile verso SUD e con un'inclinazione rispetto al suolo (angolo di tilt), se vi è la possibilità, di circa:
60° per sfruttare al meglio il sole nel periodo invernale;
20° per sfruttare al meglio il sole nel periodo estivo;
35° per una buona via di mezzo valida per tutte le stagioni.
Se poi magari si riuscisse anche, soprattutto per le installazioni dove i pannelli risultassero di più facile movimentazione (per esempio nelle installazioni a balcone/terrazzo/terreno), a realizzare un semplice dispositivo che permetta di variare l'angolo d'inclinazione in base alle stagioni, si aumenterebbe ancora di più il rendimento dell'impianto, soprattutto nel periodo invernale dove si hanno poche ore di luce, con il Sole basso sull'orizzonte e con meno energia rispetto alle altre stagioni.
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Un regolatore di carica:
è quel dispositivo elettronico (fondamentale in un impianto fotovoltaico a batterie) che si occupa di regolare e controllare correttamente la corrente di carica delle batterie prodotta dai pannelli fotovoltaici e di fornire un'uscita (con controllo del valore della scarica della batteria) in modo da poter gestire (e programmare), come in questo specifico caso, la soglia d'intervento del relè di commutazione automatica tra l'inverter e la rete ENEL quando le batterie dovessero scaricarsi sotto un certo valore di tensione.
Per questo impianto è stato scelto e installato un regolatore di carica di portata 30Ampere, marca "Western Co." modello "WRM30" con tecnologia MPPT:
(clicca sulla foto per ingrandirla)
Per vedere nel dettaglio le caratteristiche tecniche del regolatore di carica "Western WRM30" con tecnologia MPPT utilizzato in questo impianto, clicca sul pulsante qui sotto:
clicca qui: --->
Per saperne di più sui regolatori di carica che utilizzano l'innovativa tecnologia di ricarica "MPPT" cliccando sul tasto qui sotto:
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Come accennato sopra il regolatore di carica collegato in questo impianto, oltre ad assolvere le funzioni di controllo della carica/scarica delle batterie, viene utilizzato per comandare automaticamente la commutazione della fonte di alimentazione elettrica della casa/ufficio tra l'inverter e la rete ENEL grazie al fatto che ai morsetti d'uscita del regolatore risulta presente una tensione soltanto se le batterie dell'impianto hanno un valore di tensione (V) sufficiente.
Infatti, tutti i regolatori di carica interrompono tensione ai loro morsetti d'uscita (dove possono tra l'altro essere anche collegati apparecchi elettrici/elettronici e lampade funzionanti alla tensione delle batterie installate) quando il valore di carica delle batterie scende sotto un predeterminato valore (anche programmabile dall'utente, entro certi parametri, come ad esempio in questo specifico modello di regolatore Western), in modo da preservare le batterie da danni dovuti ad eccessiva scarica.
La funzione di controllo dello stato di carica delle batterie presente nel regolatore di carica, permette così al relè di attivarsi, e quindi di utilizzare l'inverter, quando le batterie dell'impianto risultano cariche e di disattivarsi, passando così alla rete ENEL, quando il valore di tensione delle batterie risulta basso.
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Nr.4 batterie da 12Volt - 200Ah (collegate in serie tra loro in modo da fornire all'inverter una tensione di 48Volt):
specifiche per impianti fotovoltaici, ermetiche, senza manutenzione, adatte a frequenti cicli di carica e scarica nonché garantite per un buon numero di anni di funzionamento. Le batterie sono necessarie per l'immagazzinamento dell'energia elettrica prodotta durante le ore di sole dal pannello fotovoltaico, da utilizzare per l'alimentazione diretta dell'inverter.
CARATTERISTICHE TECNICHE BATTERIE Pb-Ca:
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alta densità di energia
- totale assenza di manutenzione
- può operare in qualsiasi posizione
- completamente sigillata
- contenitore in ABS
- bassa autoscarica (tipicamente minore del 3% al mese)
- larga banda di operatività termica
- alta resa amperometrica (tipicamente superiore all’88%)
DIMENSIONI e PESO di ciascuna batteria:
522x240x220mm. - Peso 62 Kg.
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Un inverter ad onda sinusoidale pura da 3000Watt di potenza (con ingresso a 48Volt) da collegare direttamente alle batterie per ottenere, in uscita dall'apparecchio, una tensione di 230Volt :
L'inverter ad "onda pura", anche se di costo maggiore rispetto a quelli ad "onda modificata", garantisce decisamente una migliore forma d'onda alternata agli apparecchi collegati.
La forma d'onda "pura" (che è praticamente uguale a quella della rete elettrica nazionale) generata da questi specifici modelli d'inverter è infatti particolarmente indicata e consigliata per il collegamento di apparecchiature elettroniche/informatiche, nonché per le lampade a LED o fluorescenti.
L'ingresso dell'inverter a 48Volt si collega con i cavi in dotazione (di colore rosso e nero) ai morsetti (+) e (-) delle batterie (opportunamente collegate tutte in serie tra loro in modo da avere 48Volt), che, ovviamente, devono essere di capacità (Ah) adeguata a sopportare gli assorbimenti degli apparecchi elettrici a 230V connessi alla linea.
Per garantire la prevista sicurezza e per ottenere un'adeguata protezione da sovraccarichi e cortocircuiti, occorre che ai morsetti in corrente alternata a 230Volt, in uscita dall'inverter, sia collegato un interruttore elettrico magnetotermico di portata adeguata alla potenza elettrica massima fornibile dall'inverter (in questo caso 16Ampere).
Anche in serie ai cavi elettrici in corrente continua che collegano il regolatore di carica alle batterie e in quelli tra le batterie e l'ingresso dell'inverter devono essere presenti protezioni (fusibili di sicurezza) di portata adeguata all'impianto.
(clicca sulle foto per ingrandirle)
E' molto importante ricordare che la tensione elettrica prodotta in uscita dall'inverter è di valore pericoloso (230Volt) e quindi tutti i collegamenti elettrici vanno fatti eseguire esclusivamente da persone esperte e qualificate, inoltre la rete elettrica di casa/ufficio potendo risultare commutata su posizione autonoma a 230Volt (rete alimentata dall'uscita inverter), va opportunamente segnalata con cartelli di avviso in quanto rimane in tensione anche quando stacchiamo l'interruttore generale del contatore ENEL o in caso di blackout della rete elettrica nazionale.
ATTENZIONE !
IMPIANTO ELETTRICO AUTONOMO A 230VOLT SEMPRE IN TENSIONE.
RETE ELETTRICA NON DISATTIVABILE AGENDO UNICAMENTE SULL'INTERRUTTORE ELETTRICO GENERALE DEL CONTATORE ENEL.
PER TOGLIERE TENSIONE ALL'IMPIANTO AGIRE CONGIUNTAMENTE SIA SULL'INTERRUTTORE DELL'INVERTER CHE SU QUELLO DELL'ENEL.
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Un relè con bobina a 48Volt e due contatti in scambio (NA-NC) in modo da poter realizzare il circuito per la commutazione automatica su rete ENEL quando le batterie risultano scariche:
(clicca sulla foto per ingrandirla)
Come dicevamo all'inizio di questa pagina, la particolarità interessante di questo impianto fotovoltaico con inverter è quella di gestire in commutazione (automatica o manuale) la connessione delle apparecchiature elettriche collegate tra il 230Volt prodotto dall'inverter (collegato alle batterie dell'impianto fotovoltaico autonomo) e la normale rete elettrica domestica a 230Volt fornita dal proprio gestore (es. ENEL).
La logica di funzionamento di questa "commutazione" è infatti quella di continuare a far funzionare le nostre apparecchiature elettriche a 230Volt che abbiamo deciso di collegare all'impianto fotovoltaico (es. lampade, frigorifero, computer, modem, TV, ecc.) anche quando le batterie dovessero scaricarsi per mancanza prolungata di sole in caso di maltempo (e quindi di ricarica) o per richiesta di energia nel tempo eccedente alla capacità (Ah) delle batterie.
La configurazione di collegamento con il relè ci permette così di utilizzare per l'alimentazione delle apparecchiature elettriche/informatiche la nostra energia autoprodotta dal sole "a costo zero" fino a quando le batterie risultano cariche e di passare automaticamente (senza interruzione di alimentazione) alla rete ENEL (a pagamento) soltanto in caso di "deficit energetico" (batterie scariche).
Diciamo che può considerarsi un sistema a "UPS inverso" ovvero che la rete ENEL (a pagamento) viene utilizzata non come fonte principale di approvvigionamento energetico ma soltanto sporadicamente quando siamo a corto della nostra energia autoprodotta e accumulata in batteria.
NOTA TECNICA: l'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina essendo del tipo "ad isola" e quindi non collegato alla rete elettrica pubblica in regime di "scambio sul posto" è progettato in modo che le due reti elettriche di alimentazione della casa/ufficio (quella ENEL e quella autonoma fotovoltaica) operino sempre indipendentemente l'una dall'altra senza mai entrare in connessione elettrica diretta tra loro e quindi senza possibili immissioni di energia autoprodotta verso la rete elettrica pubblica nazionale. La fornitura elettrica della casa/ufficio avviene quindi in alternanza con le due fonti di alimentazione (ENEL e solare), con priorità a quella autoprodotta dai pannelli fotovoltaici e accumulata nelle batterie.
Maggiore sarà la nostra possibilità di produrre energia elettrica con il sole (e magari, se c'è possibilità, anche con il vento grazie all'integrazione nell'impianto di un generatore eolico) ed immagazzinarla (con batterie), minore e sempre più sporadica sarà la necessità di dover richiedere energia (a pagamento) al gestore di rete nazionale (es. ENEL).
L'impianto fotovoltaico ad accumulo da 1500 Watt di potenza descritto in questa pagina è veramente un valido esempio di come attuare una concreta ed efficace autoproduzione di energia per la casa/ufficio. Nel tempo avremo inoltre anche la possibilità di poter aumentare, se disponibile ulteriore spazio e risorse economiche, sia il numero dei pannelli che quello delle batterie, in modo da poter disporre di maggiore energia per sopperire all'intero fabbisogno elettrico di casa/ufficio/laboratorio/negozio/azienda, ecc.
Inoltre, le nostre abitazioni/attività lavorative dotate di alimentazione elettrica sia autoprodotta da fonti rinnovabili che fornita dalla rete elettrica nazionale sono in grado di ottenere vantaggi immediati e concreti di:
- utilizzare prioritariamente una fonte d'energia rinnovabile, pulita e sicura;
- risparmiare sicuramente sulla bolletta elettrica;
- tutelarci dal rischio di blackout;
- evitare il consumo di notevoli quantità di combustibili fossili, risparmiando
così l'immissione nell'ambiente di notevoli quantità di anidride carbonica (CO2)
e di sostanze tossiche varie.
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I vari componenti dell'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina vanno collegati tra loro secondo lo schema qui sotto riportato:
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(clicca sullo schema per ingrandirlo)
Per scaricare lo schema in formato .pdf clicca invece sul pulsante qui sotto:
Per vedere invece altri schemi elettrici di impianti fotovoltaici autonomi a batteria, funzionanti con tensione di batteria a 48 Volt, clicca sul pulsante qui sotto:
NOTA IMPORTANTE SULLA SICUREZZA:
I cavi di colore marrone e azzurro/blu rappresentati nello schema qui sopra sono collegati a valori di tensione pericolosa (230Volt). Il loro collegamento nell'impianto va pertanto fatto eseguire esclusivamente da personale tecnico abilitato e specializzato nel pieno rispetto delle vigenti normative di sicurezza. Anche gli altri collegamenti elettrici presenti nello schema devono essere eseguiti con la massima attenzione (cavi di colore rosso e nero), rispettando le polarità (+) e (-) e previa verifica della loro corretta esecuzione da parte di persone esperte e qualificate prima della messa in tensione dell'impianto. Le sezioni dei cavi e le portate degli interruttori magnetotermici e dei fusibili vanno inoltre correttamente dimensionate in base alle caratteristiche di potenza/assorbimento/portata massima dei componenti utilizzati e delle apparecchiature elettriche/elettroniche collegate all'impianto.
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PRECISAZIONI DI CARATTERE GENERALE SUGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI AUTONOMI A BATTERIA:
Gli impianti autonomi ad energia solare fotovoltaica con batterie hanno a volte delle limitazioni di disponibilità energetica che vanno sicuramente tenute presente durante l'utilizzo. Queste limitazioni sono principalmente dovute alla potenza totale dei pannelli fotovoltaici impiegati ed alla capacità (Ah) delle batterie installate.
Non possiamo infatti pretendere da questi impianti fotovoltaici di poter mantenere accese perennemente 24 ore su 24 e contemporaneamente: luci, computer, apparecchiature elettriche/elettroniche, ecc. quando fuori non splende il sole da giorni per avverse condizioni meteo o in pieno periodo invernale con poche ore di sole disponibili.
In generale produrre ed immagazzinare energia da fonte solare non è così immediato come può sembrare. Anche la ricarica delle batterie dell'impianto fotovoltaico ha bisogno dei suoi tempi.
A volte siamo troppo abituati a dare per scontato di poter sempre disporre d'energia elettrica in potenza e disponibilità illimitata. Azioniamo un interruttore e tutto deve sempre illuminarsi/funzionare (anche di notte proprio quando la fonte energetica solare non è disponibile).
Gli impianti fotovoltaici autonomi a batteria, soprattutto se di limitata disponibilità energetica, sono infatti un'ottima esperienza personale di confronto sul rapporto tra i nostri consumi e la nostra capacità di produrci ed utilizzare razionalmente l'energia accumulata.
Queste precisazioni sugli impianti fotovoltaici a batteria non devono ovviamente essere viste come una demoralizzante premessa. Anzi, sono proprio l'opposto. Uno sprone costante e continuo a migliorare le nostre "performance" energetiche e di risparmio.
Infatti, quanto descritto in questa pagina è soltanto uno degli esempi di come poter iniziare a realizzare la propria indipendenza di autoproduzione energetica ad energia solare.
Ovviamente nel tempo, se c'è la possibilità, potete anche potenziare o installare impianti fotovoltaici di maggiori dimensioni e potenza, utilizzando un maggior numero di pannelli solari fotovoltaici e batterie, nonché regolatori di carica e inverter di maggiore potenza in modo da poter far funzionare le vostre luci e le vostre apparecchiature elettriche/elettroniche/informatiche per più ore e per più giorni anche in caso di condizioni meteo senza o con poco sole, così da utilizzare sempre meno il collegamento (e la dipendenza) dalla rete elettrica a pagamento (ENEL o altri fornitori).
Anche se il costo totale per la realizzazione di impianti fotovoltaici come quello descritto in questa pagina può sembrare elevato è da tener presente che l'investimento si ripagherà comunque nel tempo, fornendovi energia elettrica gratuita e pulita per moltissimi anni (il funzionamento dei pannelli fotovoltaici è garantita per oltre 20 anni !!!). Inoltre l'acquisto dei vari componenti può essere modulare. Infatti potete acquistare poco per volta ciò che occorre in base alle risorse economiche disponibili al momento ed assemblare/ampliare nel tempo l'intero impianto.
Per avere un'idea generale della potenzialità della risorsa solare in Europa:
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Per avere invece un'idea più precisa sulla potenzialità di produzione elettrica degli impianti fotovoltaici in base alla località geografica ed alla potenza dei pannelli installati, inserisci i dati nella tabella che trovi cliccando sul tasto qui sotto:
clicca qui --->
L'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina ha circa la seguente potenzialità di produzione d'energia in base alle stagioni:
Per vedere altri esempi di impianti fotovoltaici autonomi per l'autoproduzione di energia elettrica, clicca sul pulsante qui sotto:
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