Impianti fotovoltaici in Isola

La scelta di questo tipo di impianto è il più delle volte subordinata all'esigenza di ottenere energia in zone remote in cui risulta economicamente sfavorevole costruire fisicamente un allacciamento alla rete elettrica nazionale.
L' energia prodotta, nel caso in cui si ecceda il fabbisogno dell'utente può essere immagazzinata con facilità in appositi sistemi di accumulo.
Introduciamo ora qualche nozione di base:

schema sistemi isola
schema sistemi isola2

-Impianto ad isola:
In questo genere di impianti si è totalmente scollegati dalla rete elettrica e l'energia prodotta alimenta direttamente il carico elettrico dell'utenza, l'eventuale energia in eccesso viene immagazzinata tramite l'utilizzo di batterie in modo da poter essere utilizzata in momenti in cui la produzione elettrica derivante dai pannelli fotovoltaici diminuisce (come per esempio di notte).

I principali componenti utilizzati per un impianto fotovoltaico base sono i seguenti:

  1. Moduli fotovoltaici: esistono diverse tipologie di pannelli fotovoltaici, i monocristallini sono adatti a produzione energetica se la radiazione solare arriva perpendicolare al pannello, i policristallini invece sono più adattabili e in genere meno costosi, in questo caso i cristalli di silicio sono orientati in maniera casuale quindi l' efficienza diminuisce ma si ottiene una produzione accettabile anche se la radiazione non è perpendicolare.
    Esistono anche altre tipologie di pannelli detti amorfi, questi ultimi, utilizzati solo in casi particolari, hanno una resa inferiore ma un' adattabilità ancora maggiore.
  2. Regolatore di carica: I due tipi di regolatori di carica più comunemente utilizzati in impianti solari odierni sono pulse width modulation (PWM) e a inseguimento del punto di massima potenza (MPPT), Il regolatore PWM costa qualcosa meno rispetto ad un regolatore MPPT, ma il regolatore MPPT è in grado di sfruttare pienamente un pannello fotovoltaico con tensione di lavoro superiore o inferiore alla batteria o pacco batterie associato e quindi consente di produrre maggiore energia rispetto ad un regolatore PWM a parità di pannello fotovoltaico. Se la tensione del pannello è di poco superiore a quella della batteria (tipico caso di un pannello 12V a 36 celle e batteria 12V), il regolatore PWM è sufficiente in quanto ha un rendimento simile all' MPPT.
  3. Inverter: L’inverter è un dispositivo elettronico che trasforma una corrente continua in una corrente alternata alla stessa tensione oppure ad una tensione diversa.
    Negli inverter ad onda sinusoidale pura (pure sine wave), la tensione di 300 volt del primo stadio viene modulata ad impulsi (PWM) ad una frequenza molto alta e poi filtrata,la forma d'onda in uscita, analizzata con un oscilloscopio, è perfettamente sinusoidale e senza disturbi o frequenze spurie diversa da quella di rete di 50Hz.
    Spesso addiritura il risultato è che in uscita si ha una tensione sinusoidale la cui qualità è superiore a quella di rete. Risulta fondamentale utilizzare un inverter ad onda sinusoidale pura in quanto con diversi tipi di onda (come per esempio l'onda quadra) alcuni dispositivi che vengono poi alimentati potrebbero danneggiarsi.
    Esiste inoltre un'altra grande differenza fra gli inverter ad onda sinusoidale pura, e cioè quelli ad “alta frequenza” e quelli a “bassa frequenza” cioè con trasformatore in uscita. Questi ultimi sono migliori in particolare nei sistemi isolati, in quanto il trasformatore permette di sopportare spunti di consumo maggiori e carichi “difficili”.
    Gli inverter richiedono una certificazione per l'utilizzo che dipende dal paese in cui viene installato l'impianto nel caso in cui vengano collegati alla rete.
  4. Batterie di accumulo: Esistono diversi tipi di batterie, le più tradizionali sono quelle al piombo che per garantire una durata di vita utile ottimale è consigliabile non scaricare a più del 50% della potenza da loro immagazzinata, per esempio se ho bisogno di 4,5 kwh userò un accumulo da 9 kwh in quanto devo considerare che il sistema nel ciclo di “carica-scarica” si trattiene circa il 50% di energia.
    Tecnologicamente migliori sono invece le batterie al litio. Per avere per esempio 4,5 kwh dovremo calcolare invce una capacità di accumulo di 5,7 Kwh in quanto la capacità di scarico delle batterie al litio è di circa l' 80 %. Questo tipo di batteria costa di più ma garantisce una maggiore durata rispetto a quelle al piombo, ed una maggiore efficienza, esse hanno infatti 10/12 anni di funzionamento contro i 5 anni delle batterie a Piombo/Gel e contro i 2/3 anni di quelle al Piombo. Esistono poi altri tipologie di batterie, batterie al Piombo con caratterstiche differenti, a lunga durata, cosi come tecnologie differenti dal Piombo come al Nichel-Ferro, al Nichel-Cadmio o accumuli chimici. La nostra azienda potrà aiutarvi nella comprensione e miglior scelta per Voi, mentre qui si vuole dare solo una piccola introduzione al nostro mondo degli accumuli.
  5. Dispositivi di connessione e contatori Servono solo in caso di connessione con la rete nazionale e necessitano di particolari certificati per il loro utilizzo (ossia il CEI 021 e il CEI 016 in Italia).

Evidenziamo ora i requisiti fondamentali per poter dimensionare un impianto fotovoltaico:

  1. Fabbisogno energetico: ossia la quantità di energia richiesta dall'utenza.
  2. Producibilità del sito: ossia se è possibile o no installare l'impianto in termini di spazio.
  3. Superficie disponibile: quantità di superficie utilizzabile.
  4. Esposizione: Valutazione della corretta esposizione al sole.

Introdotti questi concetti possiamo ora fare un piccolo esempio di impianto in isola (o più comunemente detto impianto “Stand Alone”):

Considerando per esempio una famiglia di 3-4 persone che ha in media un consumo elettrico giornaliero di 10-12 kWh (per un totale di circa 3800 kWh all'anno) si può calcolare che un impianto da 3 kW di picco accoppiato ad un corretto sistema di accumulo può essere in grado di far divenire autonoma energeticamente una realtà.

Le batterie devono essere però dimensionate in base al reale fabbisogno della famiglia in questione, è necessario quindi tener conto di una certa probabilità di mancata produzione giornaliera (dovuta per esempio al maltempo) e delle abitudini di consumo notturne (quando l'impianto non è in grado di produrre). Nel caso pratico se si presenta l'esigenza di accumulare 9-10 kWh e la tensione di esercizio delle batterie è di 48V potremmo considerare una batteria da 200 Ah utili, tenendo in considerazione che la percentuale di profondità di scarica utile cambia in base alla tipologia di batteria, ad esempio nella batteria a litio possiamo prelevare una potenza pari all' 80% della potenza immagazzinata, mentre nelle batteria al piombo, per garantire una vita utile ottimale, il valore di scarica dovrebbe essere mediamente intorno al 50%.
Il costo di un tale sistema per esempio si aggirerebbe intorno ai 10.000€ iva inclusa, e il risparmio energetico annuo, considerando che l'impianto potrebbe rendere l'abitazione quasi totalmente indipendente è velocemente calcolabile considerando che il costo dell'energia è di 0,22 €/kWh che moltiplicato per i 3,800 kWh annui dà un risparmio di 836€ all'anno.
Considerando inoltre una detrazione fiscale di 5.000€ in 10 anni e un aumento dei costi energetici del 6% all'anno il tempo di rientro dell'investimento per un impianto del genere sarebbe inferiore ai 7 anni.
In casi infine in cui la rete è completamente assente, come rifugi di montagna, baite o situazioni in cui la rete è presente ma con problemi ( scarsa stabilità, potenza disponibile etc ) il costo di un
sistema fotovoltaico in isola che risolverebbe il problema è assolutamente lontano ed inferiore al costo, enorme o neppure quantificabile, per portare la rete sul posto.

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