Fattori di configurazione per il sistema solare off-grid

La speranza di avere indipendenza energetica: poter alimentare la propria casa senza pagare mensilmente le utenze e non essere colpiti da blackout o interruzioni delle utenze, sta diventando sempre più un luogo comune. La forza trainante di questo impegno è il sistema di energia solare "off-grid". I sistemi off-grid non dipendono fisicamente o in altro modo dalla compagnia elettrica per il funzionamento come lo sono i sistemi-collegati alla rete, ma sono invece un sistema di generazione, stoccaggio e distribuzione di energia completamente autonomo-. Un sistema di energia solare off-grid è un esempio di sistema a "circuito chiuso" e fornirà energia a una baita nel bosco, a un camper o ad altri luoghi remoti che non hanno accesso a una rete elettrica.

L'unico modo per ottenere la completa disconnessione dal fornitore di energia è disporre di un sistema di energia solare indipendente nella propria proprietà. Per fare ciò non è sufficiente installare solo un paio di celle solari sul tetto; devi prima decidere quanta elettricità utilizzare e poi progettare un sistema di energia solare indipendente in grado di fornirti quella quantità di elettricità. Il sistema di energia solare deve inoltre essere adeguatamente dimensionato per le vostre specifiche esigenze di consumo energetico, poiché l'acquisto di troppi o troppo pochi pannelli solari elettrici si tradurrà in uno spreco di energia, nonché in un frequente esaurimento della batteria e quasi nessun ricavo dall'installazione. Questo articolo fornisce un confronto tra alcuni dei fattori più importanti da considerare quando si crea un sistema di energia solare con costi operativi bassi e prestazioni affidabili a lungo termine.

Per eseguire calcoli accurati, è importante comprendere innanzitutto la funzione di ciascuno dei quattro componenti che compongono un sistema off-grid (stand-alone).

Pannelli solari (fotovoltaici): praticamente tutti i sistemi fotovoltaici sono costituiti da pannelli solari e dalle loro varie tecnologie. Le celle del pannello solare che convertono la luce (radiazione solare) in elettricità (corrente continua - CC) sono chiamate celle fotovoltaiche e il processo in cui convertono la luce in elettricità è chiamato effetto fotovoltaico.

Regolatore di carica CC (regolazione):L'elettricità CC scorre dai pannelli solari a questo dispositivo che viene utilizzato come gateway. La responsabilità principale del regolatore di carica è regolare la tensione e la quantità di corrente proveniente dai pannelli solari in modo da non sovraccaricare le batterie, garantendo così che le batterie non vengano danneggiate.

Per i sistemi off-grid, la scelta preferita del controller sarà un controller MPPT (Maximum Power Point Tracking) rispetto a un modello più vecchio con modulazione di larghezza di impulso (PWM), poiché i controller MPPT tracciano il punto di massima potenza per i pannelli fotovoltaici, fornendo un'efficienza molto maggiore rispetto ai controller PWM, e soprattutto in condizioni climatiche fredde o nuvolose.

Banco batterie (stoccaggio):La batteria è considerata il cuore di un sistema solare off-grid. Poiché il 100% della generazione di energia solare fotovoltaica non avviene di notte, è necessario disporre di qualcosa in cui immagazzinare tutta l'energia elettrica in eccesso prodotta durante le ore di punta di produzione di energia per l'utilizzo durante la notte e nelle giornate nuvolose/piovose.

Sebbene le batterie al piombo-elettrolito siano più economiche in termini di-costo iniziale; Le batterie al litio ferro fosfato (LiFePO₄) stanno diventando un nuovo tipo di batteria standard del settore per le nuove installazioni grazie alla loro durata di vita molto più lunga, alla maggiore profondità di scarica e al funzionamento esente da manutenzione-.

Invertitore:La quantità di energia immagazzinata nelle batterie è a bassa tensione CC. La maggior parte degli elettrodomestici, tuttavia, utilizza la tensione di corrente alternata (CA) per funzionare. Per convertire la bassa tensione CC delle batterie in tensione CA utilizzabile (solitamente 120 volt o 240 volt) per gli altri elettrodomestici (luci, frigoriferi, ecc.), dovrai acquistare un inverter.

Per far funzionare apparecchiature sensibili, avrai bisogno di un inverter a onda sinusoidale pura poiché fornisce un'onda sinusoidale uniforme in uscita (ideale per il corretto funzionamento delle apparecchiature elettroniche sensibili).

Non puoi scegliere alcun componente finché non sai quanta energia usi effettivamente. Questo processo è chiamato analisi del carico o audit energetico.

Per determinare quanti watt consumano il tuo ufficio o la tua casa ogni giorno (per eseguire questo calcolo), devi conoscere diverse informazioni su qualsiasi elettrodomestico che utilizzi. Nello specifico, devi sapere quanta elettricità viene utilizzata da ciascuno dei tuoi elettrodomestici su base-watt, per quanto tempo i dispositivi funzionano ogni giorno e quanti watt vengono consumati all'ora dai tuoi elettrodomestici. Un altro motivo per cui i sistemi off-grid non riescono a soddisfare le aspettative degli utenti è che pochi sistemi sono stati dimensionati correttamente in base ai picchi di utilizzo.

Conoscendo il consumo giornaliero, è possibile dimensionare il banco batterie. La questione chiave qui è “I giorni dell’autonomia”. Si riferisce al numero di giorni in cui desideri che il tuo sistema funzioni senza alcun input da parte del sole (ad esempio, durante una tempesta di neve o un periodo nuvoloso prolungato).

La maggior parte dei-progettisti di sistemi off-grid consigliano un'autonomia minima di 2-3 giorni per i propri sistemi off-grid. Inoltre, è fondamentale evitare che le batterie si scarichino eccessivamente per prolungarne la durata. Con le batterie al litio, potrebbe essere accettabile utilizzarne l'80-90%, ma questo dovrà essere considerato nel calcolo della capacità.

Sarà inoltre necessario selezionare un inverter in grado di gestire il "sovratensione" di potenza o il carico massimo. Anche se il tuo utilizzo normale può essere basso, una pompa dell'acqua o il motore di un frigorifero possono utilizzare da 3 a 5 volte il loro normale assorbimento quando vengono inizialmente accesi. Un inverter che non è in grado di supportare questo picco scatterà.

È necessario determinare la tensione del sistema 12 V, 24 V o 48 V. I sistemi più piccoli (ad esempio furgoni o piccole cabine) tendono a utilizzare 12 V, quindi nelle case sono generalmente necessari sistemi a 24 V o 48 V a causa della maggiore distanza tra le batterie e gli elettrodomestici. I sistemi a tensione più elevata sono vantaggiosi perché richiedono un cablaggio in rame meno costoso e più sottile e la perdita di potenza è inferiore sulla distanza.

Infine, le specifiche tecniche non sono gli unici fattori. La posizione fisica dei pannelli è fondamentale. Nell'emisfero settentrionale, i pannelli dovrebbero idealmente essere rivolti a sud con un angolo di inclinazione pari alla vostra latitudine per massimizzare l'esposizione.

Inoltre, recenti ricerche accademiche evidenziano la necessità di "fattori di adattabilità" nella progettazione off-grid, in particolare nelle aree in via di sviluppo. Fattori come la capacità dell'utente di pagare la manutenzione, l'integrità strutturale del tetto e persino la possibilità di riposizionare il sistema sono considerazioni vitali che vengono spesso trascurate nei quadri di dimensionamento standard.

Considera il fabbisogno energetico totale e il numero di pannelli solari che puoi sistemare sul tetto o sulla superficie disponibile del terreno. L'unica altra considerazione è la scelta tra i pannelli Mono e Poly. È una strada lunga e tortuosa, disseminata di scienza e matematica. Eppure l'avventura solare off-grid culmina nell'autosufficienza: una profonda ricompensa. Oltre alla significativa soglia di conoscenza necessaria per prevedere con precisione i carichi del sistema e ridurre al minimo le perdite di potenza, la capacità di dimensionare le batterie di accumulo per raggiungere uno stato autonomo è un requisito. La capacità di abbinare i pannelli solari alle ore solari locali e di selezionare gli inverter appropriati è anche un prerequisito per costruire sistemi che producano energia pulita e funzionino in silenziosa solitudine per gli anni a venire. Che si tratti di un sistema fai da te o di un sistema professionale, la conoscenza di questi principi farà sì che il sole lavori per te.