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IMPIANTO FOTOVOLTAICO AUTONOMO A BATTERIE (CON POSSIBILITA' DI COMMUTAZIONE CON LA RETE ENEL) REALIZZATO CON 9 PANNELLI DA 250 WATT PER IL FUNZIONAMENTO A 230V DI TUTTE LE APPARECCHIATURE ELETTRICHE/ELETTRONICHE DI UN UFFICIO
Ecco un interessante esempio pratico di un impianto fotovoltaico autonomo a batterie (con 9 pannelli da 250Watt di potenza) per l'autoproduzione di elettricità da fonte solare, utilizzato per il funzionamento di tutte le apparecchiature elettriche/informatiche e le luci a LED di un eco-ufficio.
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Le particolarità interessanti di questo impianto fotovoltaico sono quelle di:
utilizzare una specifica configurazione di collegamento dei pannelli fotovoltaici in modo da ridurre notevolmente la caduta di tensione lungo i cavi di collegamento tra i pannelli e il regolatore di carica incorporato nell'inverter;
gestire, grazie ad un efficace dispositivo di controllo e commutazione automatica (con relè elettromeccanico esterno), l'alimentazione dell'impianto elettrico dell'ufficio sia dalle batterie collegate all'inverter che dalla rete ENEL;
velocizzare la ricarica delle batterie da fonte solare, spegnendo l'inverter, quando l'impianto è commutato su rete ENEL;
poter monitorare e/o programmare i parametri elettrici dell'impianto anche tramite il collegamento di un computer esterno;
attivare, se necessario, un maggior prelievo d'energia dalle batterie in caso di emergenza (black-out prolungato della rete ENEL).
NOTA TECNICA: l'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina è del tipo "ad isola" (off-grid) e quindi non è mai connesso alla rete elettrica pubblica in regime di "scambio d'energia", pertanto risulta progettato in modo che le due reti elettriche di alimentazione (quella ENEL e quella autonoma fotovoltaica) operino sempre indipendentemente l'una dall'altra senza mai entrare in connessione elettrica diretta tra loro e senza quindi possibili immissioni di energia autoprodotta verso la rete elettrica pubblica nazionale.
La fornitura di elettricità all'ufficio avviene pertanto in alternanza dalle due fonti di alimentazione (ENEL e solare), con priorità da quella autoprodotta dai pannelli fotovoltaici e accumulata nelle batterie.
La commutazione automatica da ENEL a inverter, 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 luci, le apparecchiature e i computer collegati all'impianto elettrico dell'ufficio, inoltre grazie all'energia accumulata nelle batterie possiamo continuare ad avere corrente elettrica anche in caso di emergenze dovute a blackout della rete ENEL.
Il quadro esterno di commutazione permette inoltre di controllare automaticamente l'accensione e lo spegnimento dell'inverter in base allo stato di carica delle batterie, così da evitare un inutile consumo di quest'ultime quando l'impianto è commutato sulla rete ENEL e, contestualmente, di velocizzarne la ricarica da fonte solare mantenendo acceso soltanto il regolatore di carica interno all'inverter.
Il quadro esterno di controllo e commutazione è infatti una fondamentale miglioria apportata a questo tipo di impianti fotovoltaici con accumulo, in quanto tutti gli inverter hanno un loro autoconsumo non trascurabile (anche di 60Watt, ed oltre, per quelli di potenza con trasformatore di tipo tradizionale) e se vengono lasciati accesi quando non è necessario (come ad esempio quando l'impianto commuta su rete ENEL per batterie scariche e mancanza di sole per la loro ricarica), le batterie continuano a scaricarsi inutilmente a causa dell'autoconsumo dell'inverter, aumentando così il tempo necessario per la loro ricarica quando ritorna disponibile la fonte solare. Inoltre, spegnendo automaticamente l'inverter quando l'impianto è commutato su rete ENEL, preserveremo al meglio le batterie non gravandole di inutili cicli di scarica aggiuntivi che, nel tempo, ne ridurrebbero la loro vita utile.
Il quadro esterno di controllo prevede anche la preaccensione dell'inverter quando il sistema è pronto per ricollegarsi alle batterie, assicurando così una rapidissima commutazione durante il passaggio da rete ENEL a inverter.La velocità di commutazione tra inverter e ENEL (e viceversa) è molto veloce in modo da non creare mai problemi con le alimentazioni dei computer, del modem e delle altre apparecchiature dell'ufficio (stampanti, fax, scanner, ecc.).
Grazie a questo tipo d'impianto ad energia solare, la principale fonte di approvvigionamento elettrico dell'ufficio sarà la nostra rete elettrica autonoma alimentata dai pannelli fotovoltaici e dalle batterie e, soltanto secondariamente (di riserva), dalla rete elettrica a pagamento (ENEL o altri gestori di fornitura).
I 2.250 Watt (2,25 kW) fotovoltaici di questo impianto sopperiscono nella maggior parte dei mesi dell'anno (anche in nord Italia), all'intero fabbisogno d'energia dell'ufficio, ottenendo così un approvvigionamento energetico, rinnovabile, pulito, autonomo con anche la possibilità di futuri ampliamenti di potenza aumentando il numero di pannelli installati e quello delle batterie d'accumulo.
A parità di potenza dei pannelli fotovoltaici installati, l'energia prodotta giornalmente da questo tipo d'impianti varia sensibilmente in base all'ubicazione geografica dell'installazione. In Italia, ad esempio, un impianto fotovoltaico da 2.000Watt (2kW) produce circa in un anno 2.415kWh a Milano, mentre a Palermo produce annualmente 2.894kWh.
Per maggiori informazioni sulle potenzialità di produzione d'energia degli impianti fotovoltaici nelle varie località d'installazione, è possibile consultare le mappe interattive ufficiali messe a disposizione dal Centro Comune di Ricerca "JRC" dell'Unione Europea.
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I nove pannelli fotovoltaici da 250 Watt, collegati in serie di tre poi giuntati in parallelo tra loro tramite apposite morsettiere di giunzione, sono stati posizionati sul tetto dell'ufficio utilizzando delle specifiche zavorre in cemento opportunamente sagomate, in modo da sostenere e fissare i pannelli senza dover bucare la copertura impermeabile in catrame del tetto. Le zavorre in cemento sono ovviamente progettate per poter resistere a venti forti, comunque per maggiore sicurezza in caso di eventi atmosferici particolarmente intensi, i pannelli sono stati anche ulteriormente fissati a delle strutture fisse in muratura presenti sul tetto, tramite robusti cavi in acciaio.
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nota tecnica: in caso di tetti realizzati con tegole oppure in lamiera metallica ondulata "grecata" o "ondulina in cemento", i pannelli fotovoltaici possono essere fissati direttamente alla copertura tramite l'utilizzo di apposite barre sagomate in alluminio. Inoltre, non è indispensabile disporre di un tetto per poter posizionare i pannelli. Se la superficie a disposizione è adeguata si possono anche posizionare su terrazzi, tettoie, terreni, muretti, tramite specifici supporti "a triangolo".
ATTENZIONE ! In caso di tetto con copertura in "ondulina in cemento", prima di forare per fissare le barre di supporto dei pannelli, accertarsi con assoluta sicurezza che non si tratti di manufatti edili contenenti le pericolosissime fibre d'amianto tipo Eternit.
L'area prescelta per il posizionamento dei pannelli deve invece comunque essere il più possibile esposta al sole 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 FOTOVOLTAICO DESCRITTO IN QUESTA PAGINA:
Nr.9 pannelli solari fotovoltaici da 250W
Per vedere nel dettaglio le caratteristiche tecniche del pannello fotovoltaico da 250 Watt, clicca sul tasto qui sotto:
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Come sopra accennato i 9 pannelli fotovoltaici da 250 Watt sono collegati in serie di tre, poi collegate in parallelo tramite apposite morsettiere, inserite a loro volta all'interno di normali scatole di derivazione per impianti elettrici a tenuta stagna. Il posizionamento delle scatole di derivazione può trovare comodamente posto tra i pannelli e il tetto.
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Per evitare inoltre eventuali scompensi e ritorni di corrente tra i tre gruppi di pannelli in serie, che si potrebbero verificare nel caso di ombre nette su alcuni pannelli, mentre gli altri sono a pieno sole, sono stati inseriti sui cavi positivi (+) di ciascuna stringa in serie di pannelli, dei connettori con all'interno dei diodi di blocco.
(connettore "multicontact" con incorporato diodo di blocco da 10A)
(clicca sullo schema per ingrandirlo)
Per quanto riguarda invece il posizionamento e la la massima resa dei pannelli fotovoltaici, occorre che questi siano sempre installati 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 su tetti piani/terrazzi/terreni), 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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Regolatore di carica:
è quel dispositivo elettronico (fondamentale in un impianto fotovoltaico a batterie) che si occupa di controllare e regolare correttamente la corrente prodotta dai pannelli fotovoltaici ed inviata alle batterie, provvedendo inoltre ad interrompere automaticamente la corrente quando le batterie risultano cariche al 100%.
In questo impianto il regolatore di carica "MPPT" da 60 Ampere di portata è completamente integrato all'interno dell'inverter, in modo da avere così un unico apparecchio pratico e compatto da posizionare nell'ufficio.
Per vedere nel dettaglio le caratteristiche tecniche dell'inverter con regolatore di carica "MPPT" integrato utilizzato in questo impianto, clicca sul pulsante qui sotto:
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Per saperne di più in generale sui regolatori di carica "MPPT" clicca sul tasto qui sotto:
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Come accennato ad inizio pagina, per poter ridurre la caduta di tensione e la relativa corrente nei cavi di collegamento tra pannelli e morsetti di ingresso del regolatore di carica, al fine di utilizzare dei cavi elettrici di minore sezione e quindi di costo e peso minore, si è sfruttata la caratteristica tecnica di questo particolare regolatore di carica "MPPT" di accettare tensioni in ingresso dai pannelli fino a 145Volt (corrente continua).
Questo ha permesso di collegare in serie tra loro tre pannelli da 250Watt invece che due (come di solito collegati negli impianti con regolatore di carica tradizionale tipo "PWM").
Tre pannelli da 250Watt collegati in serie tra loro producono infatti una tensione a vuoto complessiva di circa 120Volt (in corrente continua), che risulta quindi entro il valore massimo tollerato in ingresso dal regolatore di carica "MPPT" utilizzato in questo impianto (145Volt in corrente continua).
A parità di potenza (Watt) dei pannelli collegati nell'impianto, se aumentiamo la tensione di stringa (tre pannelli in serie tra loro invece che due), la corrente (Ampere) che circola nei cavi diminuisce e quindi anche la sezione dei cavi può essere ridotta. Inoltre, con tensione di stringa più alta anche le cadute di tensione nei cavi diminuiscono in relazione alla lunghezza (in metri) della linea.
ATTENZIONE !
La tensione elettrica generata dai pannelli è di valore pericoloso! (120Volt). I collegamenti elettrici devono pertanto essere eseguiti soltanto da personale tecnico abilitato e specializzato.
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Nr.4 batterie AGM da 12Volt - 150Ah (collegate in serie tra loro in modo da fornire all'inverter una tensione di 48Volt):
le batterie AGM sono adatte per gli impianti fotovoltaici ad accumulo poiché ermetiche, senza manutenzione, adatte inoltre 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 dai pannelli fotovoltaici e per l'alimentazione dell'inverter.
( clicca sulla foto per vedere la batteria da 150Ah )
CARATTERISTICHE TECNICHE GENERALI DELLE BATTERIE AGM:
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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%)
NOTA TECNICA: negli impianti fotovoltaici con pannelli e inverter configurati e funzionanti a 48Volt, come quello descritto in questa pagina, possono anche essere utilizzate batterie di minore capacità. Se la capacità totale (Ah) di accumulo delle batterie risulterà minore, l'autonomia di funzionamento del sistema, quando non c'è il sole, sarà ovviamente più limitata, l'importante è che la tensione sia quella corretta per il funzionamento dell'impianto ( le 4 batterie a 12Volt devono essere in serie tra loro --> 12+12+12+12Volt = 48Volt ).
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L'inverter ad onda sinusoidale pura da 4000Watt di potenza (con ingresso a 48Volt in corrente continua) è collegato direttamente alle batterie per ottenere, in uscita, una tensione di 230Volt da inviare a tutto l'impianto elettrico dell'ufficio:
La forma d'onda alternata "pura" generata da questo tipo d'inverter (che è praticamente uguale a quella della rete elettrica nazionale) è particolarmente indicata per il collegamento delle apparecchiature elettroniche e informatiche, nonché per le lampade a LED o fluorescenti.
L'ingresso a 48Volt dell'inverter si collega direttamente alle batterie tramite un fusibile o un interruttore magnetotermico specifico per correnti continue di portata adeguata (rispettando le polarità "+" e "-").
(Per la protezione da cortocircuiti e sovraccarichi dell'impianto descritto in questa pagina è stato installato sul cavo "+" in corrente continua tra le batterie e l'inverter un interruttore automatico magnetotermico specifico per corrente continua di portata 100Ampere)
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L'impianto fotovoltaico con batterie descritto in questa pagina è veramente un valido esempio di come attuare una concreta ed efficace autoproduzione di energia elettrica per l'ufficio/attività commerciale. Nel tempo si potrà anche eventualmente aumentare sia il numero dei pannelli che quello delle batterie, in modo da poter disporre di maggiore energia per il fabbisogno elettrico lavorativo, nonché di ottenere una maggiore autonomia in caso di giornate nuvolose e nelle ore serali/notturne.
In caso di massima emergenza (blackout prolungato della rete ENEL) è inoltre anche possibile poter collegare direttamente all'inverter (tramite un deviatore a comando manuale), un piccolo generatore elettrico funzionante a benzina al fine di poter continuare a fornire elettricità all'ufficio e, contestualmente ed eventualmente, ricaricare le batterie AGM dell'impianto.
Normalmente l'approvvigionamento elettrico dell'ufficio a cui è collegato l'impianto descritto in questa pagina è comunque fornito, per la maggior parte dei mesi dell'anno, dal sole che garantisce sia l'autoconsumo che la ricarica delle batterie. Inoltre, anche grazie ad uno stile di vita lavorativo attento a minimizzare e monitorare il più possibile i consumi elettrici al fine di evitare gli sprechi, si contribuisce a rendere più che sufficiente l'attuale disponibilità complessiva di potenza di produzione e di accumulo presente nell'impianto.
Tutti abbiamo ormai infatti la possibilità di autoprodurci energia elettrica da fonti pulite e rinnovabili (sole, vento, acqua), anche iniziando con piccoli impianti fotovoltaici .
I principali e immediati vantaggi concreti nell'utilizzo di fonti energetiche pulite e rinnovabili sono:
- disporre ovunque di elettricità pronta all'uso (anche a 230Volt);
- risparmiare sicuramente nel tempo 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:
(clicca sullo schema per ingrandirlo)
Per scaricare lo schema in formato .pdf clicca invece sul pulsante qui sotto:
clicca qui: --->
I cavi in corrente alternata 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. Anche gli altri collegamenti elettrici presenti nello schema devono essere eseguiti con la massima attenzione (cavi in corrente continua), 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 dalle batterie collegate a questi impianti fotovoltaici di poter mantenere accesi contemporaneamente luci, computer, elettrodomestici energivori come ad esempio boiler elettrici, condizionatori, pompe di calore, stufette elettriche, ecc. soprattutto nelle ore serali/notturne o quando è nuvoloso da parecchi giorni oppure 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 di energia elettrica in potenza e disponibilità illimitata. Azioniamo un interruttore e tutto deve sempre illuminarsi/funzionare.
Gli impianti fotovoltaici autonomi a batteria, soprattutto quelli con pochi pannelli e poche batterie, 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.
Ovviamente nel tempo, se c'è la possibilità, potete anche ulteriormente potenziare l'impianto collegando altri pannelli fotovoltaici e batterie in modo da poter aumentare la disponibilità energetica totale.
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 energetico 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 vedere altri esempi di impianti fotovoltaici autonomi per l'autoproduzione di energia elettrica, clicca sul pulsante qui sotto:
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