Efficienza di un impianto fotovoltaico ad isola

L’elemento attivo dell’impianto fotovoltaico è la cella solare.

La cella solare trasforma i fotoni incidenti in corrente elettrica, ogni singola cella genera una differenza di potenziale di circa 0.6 volt e una corrente proporzionale al flusso di fotoni incidenti.
I pannelli fotovoltaici altro non sono che celle solari collegate in serie (di solito 36 o 72 ma ce ne sono di varie taglie) e incapsulate in resine speciali per proteggerle dagli agenti atmosferici e dargli una struttura.
La potenza massima del pannello solare viene espressa in Watt e si misura esponendololo di giorno perpendicolarmente ai raggi solari o a una radiazione equivalente, con lampade che simulano la radiazione solare.
Si tratta quindi di una potenza massima, potenza che poi il pannello esprime a una data combinazione tensione/corrente, i cui valori si trovano specificati nelle caratteristiche del pannello come “tensione a punto massimo” e “corrente a punto massimo”

Come esempio riporto i dati di un pannello da 80W, costituito da 36 celle.

Potenza d’uscita massima (Pmax)
80 W
Tensione a circuito aperto (Voc)
21,3 V
Corrente di corto circuito (Isc)
5,31 A
Tensione a punto massimo (Vmp)
17,2 V
Corrente a punto massimo (Imp)
4,67 A

L’energia prodotta dal pannello può essere immessa in rete tramite un particolare inverter (cosiddetto impianto “grid connected”), oppure usata per caricare un pacco batterie ( impianto “ad isola”).
In questo articolo ci occupiamo della seconda ipotesi, ovvero di un impianto “ad isola”.
In un impianto ad isola l’energia catturata dal pannello solare viene accumulata nelle batterie (al piombo /gel ) , per essere poi successivamente utilizzata. E’ il caso di baite, case non servita dalla rete, imbarcazioni, camper.
Il dispositivo interposto tra il pannello e la batteria è chiamato “regolatore di carica” e riveste una grande importanza nell’efficienza dell’impianto.
Il suo compito è quello di regolare in modo ottimale il flusso di energia elettrica dai pannelli alle batterie, evitando che queste ultime si carichino o si scarichino troppo, in quest’ultimo caso il regolatore provvede ad isolare il carico dalla batteria finchè le batterie non si caricano nuovamente.
Non tutti i regolatori hanno la possibiltà di staccare il carico, a mio avviso è una funzione molto importante in quanto le batterie se rimangono scariche per molto tempo si compromettono irrimediabilmente (fenomeno della solfatazione).
Di regolatori di carica ce ne sono basilarmente di due tipi, PWM e MPPT, per realizzare un impianto efficiente è conveniente prendere gli MPPT, ( Maximum Power Point Tracker), ovvero a tracciamento del punto della massima potenza.
I regolatori classici a commutazione PWM (Pulse Width Modulator) non fanno altro che commutare il pannello sulla batteria con un certo Duty cycle.
Nell’esempio del pannello precedente, a 12 Volt, il pannello non potrà che erogare al massimo meno di 5.31 amperes (che è la corrente di corto circuito) corrispondenti a una potenza di circa 60 Watt.
Ma il nostro pannello è da 80 Watt, quindi chiudendo direttamente il pannello sulla batteria si perdono ben 20 watt.

Il regolatore MPPT invece riporta tutta la potenza disponibile del pannello sulla batteria (meno le inevitabili ma trascurabili perdite di conversione).
Se la tensione di batteria è 12 volt, dal regolatore MPPT, sempre nel nostro esempio, usciranno circa 6.6 Ampere (80W/12Volt), la potenza, che è il prodotto tra tensione e corrente, è prossima alla potenza massima del pannello.

Altra cosa importantissima da tener presente per fare un’impianto efficiente è quella di prevedere un sistema di inseguimento del Sole, per fare in modo che i moduli siano per il maggior tempo possibile perpendicolari ai raggi del Sole.

La tensione delle batterie va trasformata in un tensione usabile dagli apparati che utilizzeremo.
Se tutti i nostri utilizzatori sono in corrente continua (12 o 24 volt) l’impianto è più o meno fatto, ma se intendiamo alimentare carichi che funzionano in corrente alternata occorre un inverter che trasformi la corrente da continua in alternata.
Nella scelta dell’inverter occorre tener presente che a parità di potenza erogata di solito quelli che partono da una tensione continua più alta sono più efficienti, per cui potrebbe essere conveniente usarne uno che parte da 24 o 48 Volt piuttosto che da 12.
Tenere anche presente che potremmo avere la necessità di caricare le batterie con un caricabatterie (alimentato da un gruppo elettrogeno) in caso di prolungati periodi di cattivo tempo: mentre è relativamente facile trovare un caricabatterie a 12 o 24 Volt, potrebbe non essere cosi’ facile trovarne uno a 48 o più.
Se intendiamo alimentari motori elettrici (frigoriferi, etc) occorre utilizzare un inverter che produce in uscita una sinusoide piuttosto che un’onda quadra ( detto anche “ad onda pura” ).
In tutta la realizzazione dell’impianto soprattutto a basse tensioni è molto importante usare fili elettrici della giusta sezione, per potenze elevate le correnti in gioco possono essere veramente alte.
Il cavo elettrico deve trasportare la corrente e non dissiparla: l’uso di un cavo sottodimensionato, oltre ad essere pericoloso ( si può surriscaldare con tutte le conseguenze del caso ), fa perdere potenza.
Quindi i cavi devono essere della giusta sezione.
Se le tratte a bassa tensione sono lunghe, occorre prevedere la caduta di potenziale che un cavo produce, pur essendo la sezione adeguata a trasportare la corrente,la potenza si potrebbe dissipare inutilmente su una lunga tratta.
Occorre sempre minimizzare le distanze degli elementi a bassa tensione: si risparmiano i soldi dei cavi e si guadagna in efficienza.

Riassumo qui di seguito i suggerimenti per effettuare un impianto ad isola efficiente:

  • usare degli inseguitori solari
  • usare un regolatore di carica MPPT
  • usare i fili della giusta sezione
  • minimizzare le distanze dei componenti a bassa tensione
  • preferire tensioni continue più alte se è previsto un inverter

Disclaimer:
L’autore declina ogni responsabilità per danni causati dall’utilizzo o dall’utilizzo improprio delle informazioni fornite.
Nel dubbio fate riferimento a professionisti del settore.

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Stai leggendo “ Efficienza di un impianto fotovoltaico ad isola ”, un post di Fabrizio Zellini

Pubblicato il
14 Aprile 2009
Categorie:
faidate