Come funziona un impianto stand alone

Un impianto fotovoltaico stand alone è un sistema indipendente ed autonomo di approvvigionamento energetico utilizzabile nei più svariati contesti. Un sistema ad isola è un tipo di installazione fotovoltaica che non è connessa alla rete elettrica nazionale ma è collegato ad un sistema autonomo di accumulo di energia, in genere batterie elettriche, in grado di stoccare l’elettricità prodotta dall’impianto e restituirla all’utenza nel momento del bisogno. 
Gli impianti Off-grid sono quindi sistemi isolati, autonomi, in grado di fornire energia elettrica ad utenze non raggiunte dalla rete elettrica. I pannelli solari trasformano la luce solare in corrente continua che, attraverso un regolatore di carica, viene stoccata nelle batterie di accumulo o viene trasferita all’inverter che la trasforma in corrente alternata per l’autoconsumo immediato da parte dell’utenza. 
Il classico impianto fotovoltaico connesso alla rete (grid-connected), installato in conto energia sull’abitazione o sull’azienda, funziona esattamente come il fotovoltaico stand alone, però, anziché essere collegato ad un sistema di accumulo dell’energia prodotta, è collegato direttamente alla rete elettrica nazionale che viene utilizzata come un immenso serbatoio di accumulo in cui immettere energia pulita quando l’impianto produce (e l’utenza non consuma), e da cui prelevare elettricità quando l’impianto non produce. 
Una installazione fotovoltaica stand alone è una delle varianti più utilizzate in situazioni in cui è difficile o impossibile allacciarsi alla rete elettrica in prelievo: o perché la rete non esiste, o perché è anti-economico creare un allacciamento alla rete nazionale, si pensi, per esempio, a piccole località isolate in cui portare la rete elettrica diventa più costoso che crearne una nuova, piccola, autonoma ed indipendente. 
Può essere utilizzato anche per singole abitazioni isolate, tipo baite e rifugi o in altre situazioni in cui può risultare difficile avere energia elettrica dalla rete, per sistemi autonomi di ricarica di mezzi elettrici: bici, scooter o altri veicoli elettrici.

Come scegliere i componenti:

I componenti base di un kit fotovoltaico a isola sono:

  • pannello fotovoltaico 
  • regolatore di carica 
  • batteria

A questi tre indispensabili componenti si può aggiungere, se occorre, un inverter per alimentare le utenze a 220V.

1 - VALUTARE IL CONSUMO GIORNALIERO

- Facciamo la lista delle utenze da alimentare con il nostro impianto separando le utenze a 12Vc.c. (o 24V c.c. ) dalle utenze a 230V c.a. 
- Decidiamo per quante ore al giorno vogliamo utilizzare ogni singola utenza e moltiplichiamole per le rispettive potenze assorbite da ciascuna utenza (questo dato è la potenza in W che di solito si trova sull'etichetta di ogni apparecchio). 
- Sommiamo quindi le varie potenze in wattora al giorno di luci, radio, tv, ecc. e otterremo la potenza totale assorbita dai nostri apparecchi.  

Esempio di utenze a 12V. Se vogliamo alimentare: 
- un tv color 12V da 40W, per 4 ore al giorno 
- 2 lampadine a led 12V da 8W, per 2 ore al giorno ciascuna 
- un frigo 12V da 300Wh al giorno (questo dato non si ricava dalla potenza indicata sulla targhetta del frigo, ma è riportato sul manuale d'uso del frigo stesso) 
Totale Wattora ((Wh) al giorno: (40W x 4h) + (2 x 8W x 2h) + 300Wh = 492 Wh / giorno 

Esempio di utenze a 230V 
Se voglio alimentare: 
- una TV da 35W/230V, per 4 ore al giorno 
- 4 lampadine led 8W/230V per 5 ore al giorno 
- un frigo 230V da 1200Wh al giorno (questo dato non si ricava dalla potenza indicata sulla targhetta del frigo, ma è riportato sul manuale d'uso del frigo stesso) 
Totale Wattora (Wh) al giorno: (35W x 4h) + (4 x 8W x 5h) + 1000Wh = 1340 Wh / giorno 
Nb: Al totale andrà aggiunto il consumo dell'inverter, che, nel caso si debba alimentare un frigorifero, dovrà restare acceso 24h. Se l'inverter consuma ad esempio 30W, il consumo giornaliero da aggiungere al valore precedente è di 30W x 24h = 720 Wattora

2 - IL DIMENSIONAMENTO DEL PANNELLO

La potenza nominale di un pannello (quando si dice ad esempio "pannello da 100W") è la massima potenza che il pannello eroga in condizioni di laboratorio non quella effettivamente generata in ogni caso. 
Per semplificare i calcoli, ricorriamo al concetto di "ore equivalenti", che sono le ore medie (variabili secondo la località e le stagioni) in cui il Sole è come se rimanesse fermo a picco sopra il pannello. Alla nostra latitudine, le "ore equivalenti" in inverno sono circa 2, mentre in estate circa 4.

Esempio: in estate, un pannello da 100W non produce 100W x 12h = 1200 Wh/giorno, ma 100W x (4 ore equivalenti)= 400 Wh/giorno. 
Per calcolare la potenza che mi occorre, bisogna partire dal consumo giornaliero (Wh) e dividerlo per 4, se siamo in estate, o dividerlo per 2, se siamo in inverno. Se l'utilizzo del nostro impianto è per tutto l'anno, dovremo considerare il dimensionamento per l'inverno. 
Nell'esempio di prima, la potenza di pannello che mi occorre per alimentare i mie apparecchi in corrente continua è uguale a: 492Wh / (4 ore equivalenti) = 123W. Sceglierò quindi, per avere un po' di margine, un pannello da 150W. Se utilizzo il sistema anche d'inverno, la potenza di pannello che mi occorre è uguale a: 492Wh / (2 ore equivalenti) = 246W, e quindi sceglierò 2 pannelli da 150W 
Nb: E' consigliabile sovradimensionare leggermente i pannelli.

3 - LA SCELTA DELLA BATTERIA

La scelta della batteria è importante almeno quanto, se non anche di più, della scelta del pannello: dovremo scegliere una batteria di capacità sufficiente per far fronte alle nostre necessità di notte e in caso di maltempo, anche in questo caso maggiorandola per avere un certo margine di sicurezza. 
Prima di tutto decidiamo di quanti giorni abbiamo bisogno in caso di maltempo: normalmente, ci si aggira intorno ai 2/3 giorni, ma possiamo deciderlo in base alle nostre esigenze. Moltiplichiamo ora i Wh/giorno che abbiamo calcolato al punto 2 per il numero di giorni scelto. Adesso dividiamo per 12 (i Volt di tensione della batteria) e otteniamo gli Ah della batteria che ci serve! 
Nell'esempio di prima: 492 Wh * 3gg / 12V = 123 Ah.

4 - LA SCELTA DEL REGOLATORE DI CARICA

Il compito del regolatore di carica è quello di proteggere la batteria dalla carica e dalla scarica eccessiva. Oltre a queste funzioni base, se ne possono aggiungere altre, a seconda delle esigenze: ad es. la funzione crepuscolare, o un display che permetta di sapere quant'è carica la batteria, quanto sta caricando il pannello, ecc. Una volta stabilite le funzioni che ci interessano, dobbiamo solo assicurarci che la corrente nel punto di massima potenza (Imp A) del nostro pannello (o della somma dei nostri pannelli) non superi quella del regolatore.

5 - LA SCELTA DELL'INVERTER

Gli inverter si suddividono in due categorie: a onda sinusoidale pura e a onda sinusoidale modificata. Gli inverter a onda modificata sono più economici e supportano TV e PC, ma possono non supportare alcune categorie di utenze, ad es. lampadine a led, frigoriferi, microonde, lavatrici, ecc. Gli inverter a onda pura hanno un costo maggiore, ma alimentano invece qualsiasi apparecchio elettrico, entro la potenza dell'inverter stesso. La potenza dell'inverter si deve scegliere in base alla potenza massima delle utenze a 220V che vorremo alimentare, e non in base alla potenza del pannello o la capacità della batteria. 
Esempio: se vogliamo alimentare un frigorifero da 1500W, sceglieremo l'inverter da 2000W per avere un po' di margine di potenza.

Nb: Si consiglia di scegliere sempre un adeguato margine di sicurezza nella scelta dell'inverter, al fine di non farlo lavorare in condizioni limite.
Per richieste particolari o per suggerimenti sul dimensionamento è disponibile il nostro reparto tecnico.

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