Cos’è il sistema solare fotovoltaico?

Il sistema solare fotovoltaico o il sistema di energia solare è uno dei sistemi di energia rinnovabile che utilizza i moduli fotovoltaici per convertire la luce solare in elettricità. L’elettricità generata può essere immagazzinata o utilizzata direttamente, reimmessa nella rete o combinata con uno o più generatori di elettricità o più fonti di energia rinnovabile. Il sistema solare fotovoltaico è una fonte di elettricità molto affidabile e pulita che può adattarsi a una vasta gamma di applicazioni come residenza, industria, agricoltura, allevamento, ecc.

Principali componenti del sistema fotovoltaico

Il sistema solare fotovoltaico include diversi componenti che devono essere selezionati in base al tipo di sistema, all’ubicazione del sito e alle applicazioni. I componenti principali per il sistema solare fotovoltaico sono il regolatore di carica solare, l’inverter, il banco batterie, le fonti di energia ausiliarie e i carichi (apparecchi).
Il modulo FV converte la luce solare in elettricità CC.
Regolatore di carica solare regola la tensione e la corrente proveniente dai pannelli fotovoltaici che vanno alla
batteria e previene il sovraccarico della batteria e prolunga la durata della batteria.
Inverter converte l’uscita CC dei pannelli fotovoltaici o della turbina eolica in una corrente CA pulita per
apparecchi CA o reimmessa nella linea di rete.
La batteria immagazzina l’energia per fornire agli apparecchi elettrici quando c’è una richiesta.
Carico sono apparecchi elettrici collegati al sistema solare fotovoltaico come luci, radio, TV, computer,
frigorifero, ecc.
Fonti di energia ausiliarie – è un generatore diesel o altre fonti di energia rinnovabile.

Dimensionamento impianto solare fotovoltaico

  1. Determinare le richieste di consumo energetico
    Il primo passo nella progettazione di un sistema solare fotovoltaico è scoprire la potenza totale e il consumo energetico di tutti i carichi che devono essere forniti dal sistema solare fotovoltaico come segue:
    1.1 Calcolare il totale dei wattora al giorno per ogni apparecchio utilizzato.
    Aggiungi i Watt-ora necessari per tutti gli apparecchi insieme per ottenere il totale di Watt-ora al giorno che
    devono essere consegnati agli apparecchi. 1.2 Calcolare il totale dei wattora al giorno necessari dai moduli fotovoltaici.
    Moltiplicare i Wattora giornalieri totali degli apparecchi per 1.3 (l’energia persa nell’impianto) per ottenere
    i Wattora giornalieri totali che devono essere forniti dai pannelli.
  2. Dimensionare i moduli FV
    Diverse dimensioni dei moduli FV produrranno una diversa quantità di potenza. Per conoscere il dimensionamento del modulo FV, è necessario il watt di picco totale prodotto. Il picco di watt (Wp) prodotto dipende dalle dimensioni del modulo FV e dal clima del luogo in cui si trova. Dobbiamo considerare il “ fattore di generazione del pannello ” che è diverso in ogni posizione del sito. Per la Thailandia, il fattore di generazione del pannello è 3.43. Per determinare il dimensionamento dei moduli FV, calcolare come segue:
    2.1 Calcolare la potenza nominale di picco totale necessaria per i moduli FV
    Dividere i wattora totali al giorno necessari dai moduli FV (dall’elemento 1.2) per 3,43 per ottenere
    la potenza nominale di picco totale necessaria per i pannelli FV necessari per il funzionamento degli apparecchi . 2.2 Calcola il numero di pannelli FV per il sistema
    Dividi il risultato ottenuto al punto 2.1 per la potenza nominale Watt-picco dei moduli FV
    a tua disposizione. Aumentare qualsiasi parte frazionaria del risultato al numero intero successivo più alto e quello sarà il
    numero di moduli FV richiesti.

Il risultato del calcolo è il numero minimo di pannelli fotovoltaici. Se vengono installati più moduli FV, il sistema funzionerà meglio e la durata della batteria sarà migliorata. Se vengono utilizzati meno moduli FV, il sistema potrebbe non funzionare affatto durante i periodi nuvolosi e la durata della batteria sarà ridotta.

  1. Dimensionamento dell’inverter
    Un inverter viene utilizzato nel sistema in cui è necessaria l’uscita di alimentazione CA. La potenza nominale di ingresso dell’inverter non dovrebbe mai essere inferiore al watt totale degli apparecchi. L’inverter deve avere la stessa tensione nominale della batteria.
    Per i sistemi autonomi, l’inverter deve essere abbastanza grande da gestire la quantità totale di Watt che utilizzerai contemporaneamente. La dimensione dell’inverter dovrebbe essere del 25-30% maggiore dei Watt totali degli apparecchi. Nel caso in cui il tipo di apparecchio sia motore o compressore, la dimensione dell’inverter deve essere almeno 3 volte la capacità di tali apparecchi e deve essere aggiunta alla capacità dell’inverter per gestire picchi di corrente durante l’avvio.
    Per i sistemi di collegamento alla rete o i sistemi collegati alla rete, la potenza nominale dell’inverter deve essere la stessa della potenza dell’array FV per consentire un funzionamento sicuro ed efficiente.
  2. Dimensionamento della batteria
    Il tipo di batteria consigliato per l’utilizzo nel sistema solare fotovoltaico è la batteria a ciclo profondo. La batteria a ciclo profondo è specificamente progettata per essere scaricata a un livello di energia basso e ricaricata rapidamente o caricata e scaricata in ciclo giorno dopo giorno per anni. La batteria dovrebbe essere abbastanza grande da immagazzinare energia sufficiente per far funzionare gli apparecchi di notte e nei giorni nuvolosi. Per conoscere la dimensione della batteria, calcola come segue:
    4.1 Calcolare il totale dei wattora al giorno utilizzati dagli apparecchi.
    4.2 Dividere il totale dei wattora al giorno utilizzati per 0,85 per la perdita della batteria.
    4.3 Dividere la risposta ottenuta al punto 4.2 per 0,6 per la profondità di scarica.
    4.4 Dividere la risposta ottenuta al punto 4.3 per la tensione nominale della batteria.
    4.5 Moltiplicare la risposta ottenuta al punto 4.4 per i giorni di autonomia (il numero di giorni in cui
    il sistema deve funzionare quando non c’è potenza prodotta dai pannelli fotovoltaici) per ottenere la
    capacità di Ampere-ora richiesta della batteria a ciclo profondo.

Capacità della batteria (Ah) = Watt / ora totali al giorno utilizzati dagli apparecchi x Giorni di autonomia
(0,85 x 0,6 x tensione nominale della batteria)

  1. Dimensionamento del regolatore di carica solare
    Il regolatore di carica solare è tipicamente valutato contro le capacità di amperaggio e tensione. Selezionare il regolatore di carica solare in modo che corrisponda alla tensione del campo fotovoltaico e delle batterie, quindi identificare il tipo di regolatore di carica solare adatto alla propria applicazione. Assicurarsi che il regolatore di carica solare abbia una capacità sufficiente per gestire la corrente dal campo fotovoltaico.
    Per il tipo di regolatore di carica in serie , il dimensionamento del regolatore dipende dalla corrente di ingresso FV totale che viene fornita al regolatore e dipende anche dalla configurazione del pannello FV (configurazione in serie o in parallelo).
    Secondo la pratica standard, il dimensionamento del regolatore di carica solare consiste nel prendere la corrente di cortocircuito (Isc) del campo fotovoltaico e moltiplicarla per 1,3
    Valore nominale del regolatore di carica solare = corrente di cortocircuito totale del campo fotovoltaico x 1.3
    Nota : per il regolatore di carica MPPT, il dimensionamento sarà diverso. (Vedi Nozioni di base di MPPT Charge Controlle r)

Esempio: una casa ha il seguente utilizzo di elettrodomestici:

Una lampada fluorescente da 18 Watt con alimentatore elettronico utilizzata 4 ore al giorno.
Una ventola da 60 Watt utilizzata per 2 ore al giorno.
Un frigorifero da 75 Watt che funziona 24 ore al giorno con il compressore in funzione 12 ore e spento 12 ore.
Il sistema sarà alimentato da un modulo fotovoltaico a 12 Vdc, 110 Wp.

  1. Determinare le richieste di consumo energetico

Utilizzo totale dell’apparecchio = (18 W x 4 ore) + (60 W x 2 ore) + (75 W x 24 x 0,5 ore)
= 1.092 Wh / giorno
Energia totale dei pannelli fotovoltaici necessaria = 1.092 x 1,3
= 1.419,6 Wh / giorno.

  1. Dimensionare il pannello fotovoltaico

2.1 Wp totali di capacità del pannello fotovoltaico
necessari = 1.419,6 / 3,4
= 413,9 Wp
2.2 Numero di pannelli fotovoltaici necessari = 413,9 / 110
= 3,76 moduli

      Requisiti effettivi = 4 moduli
      Quindi questo sistema dovrebbe essere alimentato da almeno 4 moduli da 110 Wp di modulo FV.
  1. Dimensionamento inverter
    Watt totali di tutti gli apparecchi = 18 + 60 + 75 = 153 W
    Per sicurezza, l’inverter deve essere considerato di taglia superiore del 25-30%.
    La dimensione dell’inverter dovrebbe essere di circa 190 W o superiore.
  2. Dimensionamento della batteria
    Utilizzo totale degli apparecchi = (18 W x 4 ore) + (60 W x 2 ore) + (75 W x 12 ore)
    Tensione nominale della batteria = 12 V
    Giorni di autonomia = 3 giorni Capacità della batteria = [(18 W x 4 ore) + (60 W x 2 ore) + (75 W x 12 ore)] x 3
    (0,85 x 0,6 x 12)
    Ampere-ora totali richiesti 535,29 Ah
    Quindi la batteria deve essere valutata 12 V 600 Ah per 3 giorni di autonomia.
  3. Dimensionamento del regolatore di carica solare
    Specifiche del modulo FV
    Pm = 110 Wp
    Vm = 16,7 Vdc
    Im = 6,6 A
    Voc = 20,7 A
    Isc = 7,5 A
    Portata del regolatore di carica solare = (4 stringhe x 7,5 A) x 1,3 = 39 A
    Quindi la carica solare il controller deve avere una potenza nominale di 40 A a 12 V o superiore.