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IMPIANTO FOTOVOLTAICO AUTONOMO A BATTERIE (CON POSSIBILITA' DI COMMUTAZIONE CON LA RETE ENEL) REALIZZATO CON 12 PANNELLI DA 250 WATT PER IL FUNZIONAMENTO A 230V DI TUTTI GLI ELETTRODOMESTICI E LE APPARECCHIATURE ELETTRICHE/ELETTRONICHE DI CASA  

http://www.wutel.net/sole3000

 

Ecco un esempio pratico per la realizzazione di un impianto fotovoltaico autonomo a batterie (con 12 pannelli da 250Watt di potenza), per l'autoproduzione di elettricità da fonte solare, da utilizzare per il funzionamento a 230V degli elettrodomestici, delle luci e di tutte le apparecchiature elettriche/informatiche di casa.

       

(clicca sulle foto per ingrandirle)

 

La particolarità molto interessante di questo impianto fotovoltaico è quella di essere dotato di un efficace dispositivo di controllo e commutazione automatica (con relè elettromeccanico esterno), in grado di gestire l'alimentazione dell'impianto elettrico di casa sia dalle batterie collegate all'inverter che dalla rete ENEL.

NOTA TECNICA: l'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina è del tipo "ad isola" e quindi non connesso alla rete elettrica pubblica in regime di "scambio sul posto", pertanto risulta progettato in modo che le due reti elettriche di alimentazione (quella ENEL e quella autonoma fotovoltaica), operino sempre indipendentemente l'una dall'altra, senza mai entrare in connessione elettrica diretta tra loro e senza quindi possibili immissioni di energia autoprodotta verso la rete elettrica pubblica nazionale. La fornitura elettrica della casa avviene pertanto in alternanza dalle due fonti di alimentazione (ENEL e solare), con priorità da quella autoprodotta dai pannelli fotovoltaici e accumulata nelle batterie.

La commutazione automatica tra l'inverter e la rete ENEL evita di prelevare energia elettrica a pagamento (da ENEL o altri fornitori) fino a quando il sole e le batterie hanno energia sufficiente per far funzionare le luci, le apparecchiature e gli elettrodomestici collegati al nostro impianto elettrico, inoltre grazie all'energia accumulata nelle batterie possiamo avere corrente elettrica in casa anche in caso di emergenze dovute a blackout della rete ENEL. 

Il quadro esterno di commutazione permette inoltre di controllare automaticamente l'accensione e lo spegnimento dell'inverter in base allo stato di carica delle batterie, così da evitare un inutile consumo di quest'ultime quando l'impianto è commutato sulla rete ENEL e, contestualmente, di velocizzarne la ricarica da fonte solare mantenendo acceso soltanto il regolatore di carica interno all'inverter.

Il quadro esterno di controllo e commutazione è infatti una fondamentale miglioria apportata a questo tipo di impianti fotovoltaici con accumulo, in quanto tutti gli inverter hanno un loro autoconsumo non trascurabile (anche di oltre 60W per quelli di potenza) e se vengono lasciati accesi quando non è necessario (come ad esempio quando l'impianto commuta su rete ENEL per batterie scariche e mancanza di sole per la loro ricarica), le batterie continuano a scaricarsi inutilmente a causa dell'autoconsumo dell'inverter, aumentando così il tempo necessario per la loro ricarica quando ritorna disponibile la fonte solare e, inoltre, a causa delle maggiori scariche profonde a cui risulterebbero soggette, di diminuirne nel tempo la loro vita utile.
Il quadro esterno di controllo prevede anche la preaccensione dell'inverter quando il sistema è pronto per ricommutare sulle batterie, assicurando così una rapida commutazione durante il passaggio da rete ENEL a inverter.

Grazie a questo tipo d'impianto ad energia solare, la principale fonte di approvvigionamento elettrico di casa sarà quindi la nostra rete elettrica autonoma alimentata dai pannelli fotovoltaici e dalle batterie e, soltanto secondariamente (di riserva), dalla rete elettrica a pagamento (ENEL o altri gestori di fornitura).

I 3.000 Watt (3 kW) fotovoltaici di questo impianto sopperiscono, nella maggior parte dei mesi dell'anno, all'intero fabbisogno d'energia di una normale abitazione, ottenendo così un approvvigionamento energetico, rinnovabile, pulito, autonomo con anche la possibilità di futuri ampliamenti di potenza aumentando il numero di pannelli installati e quello delle batterie d'accumulo.

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I 12 pannelli fotovoltaici da 250 Watt, collegati in serie a due a due poi giuntati in parallelo tra loro tramite apposite morsettiere di giunzione, sono stati posizionati sul tetto della casa utilizzando delle specifiche barre in alluminio imbullonate a delle staffe sagomate in acciaio inox fissate, tramite viti e tasselli, direttamente sui travetti in legno ed alla soletta in cemento del tetto.

  (clicca sulle foto per ingrandirle)

nota tecnica: in caso di tetti realizzati in lamiera metallica ondulata o "grecata" oppure con "ondulina in cemento", i pannelli fotovoltaici possono essere fissati direttamente alla copertura tramite l'utilizzo di apposite barre sagomate in alluminio. Inoltre, non è indispensabile disporre di un tetto per poter posizionare i pannelli. Se la superficie a disposizione è adeguata si possono anche posizionare su terrazzi, tettoie, terreni, muretti, ecc. ecc..

ATTENZIONE ! prima di bucare l'ondulina in cemento accertarsi con assoluta sicurezza che non si tratti di manufatti contenenti le pericolosissime fibre d'amianto tipo Eternit.

L'area prescelta per il posizionamento dei pannelli deve invece comunque essere il più possibile esposta al sole senza ombre dovute ad alberi, fili, antenne, edifici, comignoli, ecc. (in generale tutti i pannelli fotovoltaici per poter funzionare bene e produrre sufficiente energia hanno bisogno di essere esposti al sole diretto su tutta la loro superficie e non alla semplice luce ambientale, anche se diurna).

   

COMPONENTI PER LA REALIZZAZIONE DELL'IMPIANTO FOTOVOLTAICO DESCRITTO IN QUESTA PAGINA:

 

 Nr.12 pannelli solari fotovoltaici da 250W

     Per vedere nel dettaglio le caratteristiche tecniche del pannello fotovoltaico da 250 Watt, clicca sul tasto qui sotto:

clicca qui: ----> MODULO FV DA 250W

 

      Come sopra accennato i 12 pannelli fotovoltaici da 250 Watt devono essere collegati in serie a due a due (6 coppie), poi a loro volta collegate in parallelo tramite apposite morsettiere, opportunamente isolate e inserite in scatole di derivazione a tenuta stagna, che possono trovare comodamente posto tra i pannelli e le tegole del tetto.

       

 

 (clicca sulle foto per ingrandirle)

   

       Per quanto riguarda invece il posizionamento e la la massima resa dei pannelli fotovoltaici, occorre che questi siano sempre installati nell'area più al sole che avete, rivolti il più possibile verso SUD e con un'inclinazione rispetto al suolo (angolo di tilt), se vi è la possibilità, di circa:

 60° per sfruttare al meglio il sole nel periodo invernale;

 20°  per sfruttare al meglio il sole nel periodo estivo;

 35° per una buona via di mezzo valida per tutte le stagioni.

Se poi magari si riuscisse anche, soprattutto per le installazioni dove i pannelli risultassero di più facile movimentazione (per esempio nelle installazioni su tetti piani/terrazzi/terreni), a realizzare un semplice dispositivo che permetta di variare l'angolo d'inclinazione in base alle stagioni, si aumenterebbe ancora di più il rendimento dell'impianto, soprattutto nel periodo invernale dove si hanno poche ore di luce, con il Sole basso sull'orizzonte e con meno energia rispetto alle altre stagioni. 

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 Regolatore di carica:

    è quel dispositivo elettronico (fondamentale in un impianto fotovoltaico a batterie) che si occupa di controllare e regolare correttamente la corrente prodotta dai pannelli fotovoltaici inviata alle batterie, provvedendo automaticamente ad interrompere la corrente quando le batterie risultano cariche al 100%.

     In questo impianto il regolatore di carica da 50 Ampere di portata è completamente integrato all'interno dell'inverter, in modo da avere così un unico apparecchio pratico e compatto da posizionare nell'abitazione.

    

     Per vedere nel dettaglio le caratteristiche tecniche dell'inverter con regolatore di carica integrato utilizzato in questo impianto, clicca sul pulsante qui sotto:

clicca qui: ---> Inverter Advance 4kW

    

Tra i vari inverter con regolatore di carica integrato è anche presente un modello equipaggiato con regolatore di carica da 60A che utilizza l'innovativa tecnologia di ricarica "MPPT".

Per saperne di più sui regolatori di carica "MPPT" clicca sul tasto qui sotto:

                     clicca qui: ---> INFO SUI REGOLATORI DI CARICA MPPT

    

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  Nr.8 batterie al GEL da 12V - 200Ah (collegate in serie/parallelo tra loro in modo da fornire all'inverter una tensione di 48Volt):

   le batterie al GEL sono adatte per gli impianti fotovoltaici ad accumulo poiché ermetiche, senza manutenzione, adatte inoltre a frequenti cicli di carica e scarica nonché garantite per un buon numero di anni di funzionamento. Le batterie sono necessarie per l'immagazzinamento dell'energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici e per l'alimentazione dell'inverter.

 

   CARATTERISTICHE TECNICHE GENERALI DELLE BATTERIE AL GEL:

- alta densità di energia
- totale assenza di manutenzione
- può operare in qualsiasi posizione
- completamente sigillata
- contenitore in ABS
- bassa autoscarica (tipicamente minore del 3% al mese)
- larga banda di operatività termica
- alta resa amperometrica (tipicamente superiore all’88%)


DIMENSIONI e PESO di ciascuna batteria da 200Ah:

522x240x218mm. - Peso 63 Kg.

 

NOTA TECNICA: negli impianti fotovoltaici con pannelli e inverter configurati e funzionanti  a 48Volt, come quello descritto in questa pagina, possono anche essere utilizzate soltanto 4 batterie (in serie) AGM/GEL da 12Volt. Infatti, anche se la capacità totale (Ah) di accumulo delle batterie risulterà minore e quindi l'autonomia di funzionamento del sistema, quando non c'è il sole, più limitata, l'importante è che la tensione sia quella corretta per il funzionamento dell'impianto ( 4 batterie in serie --> 12+12+12+12 = 48V ).

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 L'inverter ad onda sinusoidale pura da 4000Watt di potenza (con ingresso a 48Volt in corrente continua) va collegato direttamente alle batterie per ottenere, in uscita, una tensione di 230V da inviare a tutto l'impianto elettrico di casa:

     La forma d'onda alternata "pura" generata da questo tipo d'inverter (che è praticamente uguale a quella della rete elettrica nazionale) è particolarmente indicata per il collegamento di elettrodomestici, apparecchiature elettroniche/informatiche, nonché per le lampade a LED o fluorescenti.

     L'ingresso a 48Volt dell'inverter si collega direttamente alle batterie (rispettando le polarità "+" e "-").

              

Le batterie sono collegate in due gruppi composti ciascuno da 4 batterie in serie che a loro volta sono poi collegate in parallelo, in modo da ottenere la somma delle singole capacità (Ah) ma sempre con una tensione totale di 48 Volt necessaria per far funzionare correttamente l'impianto. Le batterie devono essere di capacità (Ah) uguale tra loro ed adeguata per poter ottenere un buon valore di accumulo in grado di gestire sia l'energia prodotta dai pannelli che tutti gli assorbimenti degli apparecchi elettrici a 230V connessi alla linea elettrica di casa. Ogni batteria ha una potenza teorica massima di accumulo (Wh = wattora) pari al suo valore di tensione (12V) moltiplicata la sua capacità (200Ah). In questo impianto ciascuna batteria ha quindi teoricamente (*) una capacità di accumulo di 12V x 200Ah = 2400Wh (2,4kWh).

(*) teoricamente in quanto le batterie non saranno mai perfettamente uguali tra loro e quindi nei collegamenti serie/parallelo non si potrà mai ottenere un valore matematico esatto di somma dei singoli valori di capacità di ciascuna batteria. Inoltre per evitare un prematuro decadimento delle batterie al GEL non possiamo prelevare ogni giorno tutta l'energia accumulata in ciascuna batteria (scarica profonda), ma dobbiamo invece prevedere di utilizzare soltanto il 30/35% di carica di ciascuna batteria. Se decidiamo infatti di prelevare ad ogni ciclo di scarica (da ciascuna batteria) oltre il 35% del suo valore di capacità dobbiamo essere consapevoli che, benché possa essere elettricamente sopportato dall'accumulatore, ne ridurremo nel tempo la vita utile e pertanto saremo costretti a sostituire dopo pochi anni le nostre batterie.

Per poter agire su questo importate parametro d'utilizzo delle batterie dobbiamo quindi opportunamente programmare i valori di commutazione di "stacco" / "riattacco" del nostro impianto sia tramite il menù di programmazione del regolatore di carica (incorporato nell'inverter) che tramite quello del sensore di tensione batteria presente nel quadro di controllo e commutazione esterno.  

Per garantire una maggiore sicurezza all'impianto e per ottenere un'adeguata protezione da sovraccarichi e cortocircuiti, è opportuno collegare ai morsetti in corrente alternata a 230V in ingresso/uscita dall'inverter un interruttore elettrico automatico magnetotermico di portata adeguata alla potenza elettrica massima fornibile dall'inverter (in questo caso 20A).

Anche lungo i cavi elettrici in corrente continua che collegano le batterie all'inverter devono essere presenti protezioni (fusibili o interruttori magnetotermici specifici per corrente continua) di portata adeguata all'impianto.

                  

(Per la protezione da cortocircuiti e sovraccarichi dell'impianto descritto in questa pagina è stato installato sul cavo "+" in corrente continua tra le batterie e l'inverter un interruttore automatico magnetotermico specifico per corrente continua di portata 100A)

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ATTENZIONE !

E' molto importante ricordare che la tensione elettrica prodotta in uscita dall'inverter è di valore pericoloso (230Volt) e quindi i collegamenti elettrici vanno assolutamente fatti eseguire da persone esperte e qualificate.

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     L'impianto fotovoltaico con batterie descritto in questa pagina è veramente un valido esempio di come attuare una concreta ed efficace autoproduzione di energia elettrica per la casa. Nel tempo si potrà anche eventualmente aumentare sia il numero dei pannelli che quello delle batterie, in modo da poter disporre di maggiore energia per il fabbisogno elettrico domestico, nonché di ottenere una maggiore autonomia in caso di giornate nuvolose e nelle ore serali/notturne.

     In caso di massima emergenza (blackout prolungato della rete ENEL) è inoltre anche possibile poter collegare direttamente all'inverter (tramite un deviatore a comando manuale), un piccolo generatore elettrico funzionante a benzina al fine di poter continuare a fornire elettricità alla casa e, contestualmente ed eventualmente, ricaricare le batterie al GEL dell'impianto.

     Normalmente l'approvvigionamento elettrico della casa a cui è collegato l'impianto descritto in questa pagina è comunque fornito, per la maggior parte dei mesi dell'anno, dal sole che garantisce sia l'autoconsumo che la ricarica delle batterie. Inoltre, anche grazie ad uno stile di vita attento a minimizzare e monitorare il più possibile i consumi elettrici al fine di evitare gli sprechi, si contribuisce a rendere più che sufficiente l'attuale disponibilità complessiva di potenza di produzione e di accumulo presente nell'impianto.

     Tutti abbiamo ormai infatti la possibilità di autoprodurci energia elettrica da fonti pulite e rinnovabili (sole, vento, acqua), anche iniziando con piccolissimi impianti fotovoltaici .

     I principali e immediati vantaggi concreti nell'utilizzo di fonti energetiche pulite e rinnovabili sono:    

- disporre ovunque di elettricità pronta all'uso (anche a 230V);

- risparmiare sicuramente nel tempo sulla bolletta elettrica;

- tutelarci dal rischio di blackout;

- evitare il consumo di notevoli quantità di combustibili fossili, risparmiando

   così l'immissione nell'ambiente di notevoli quantità di anidride carbonica (CO2)

   e di sostanze tossiche varie.

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I vari componenti dell'impianto fotovoltaico descritto in questa pagina vanno collegati tra loro secondo lo schema qui sotto riportato:

 

(clicca sullo schema per ingrandirlo)

Per scaricare lo schema in formato .pdf clicca invece sul pulsante qui sotto:

 

clicca qui: ---> SCHEMA IMPIANTO FV a BATTERIE da 3kW

 

SCHEMA DI DETTAGLIO PER IL CORRETTO COLLEGAMENTO SERIE/PARALLELO DEI PANNELLI DA 250W UTILIZZATI NELL'IMPIANTO

(clicca sullo schema per ingrandirlo)

 

NOTA IMPORTANTE SULLA SICUREZZA

I cavi in corrente alternata rappresentati nello schema completo, sono collegati a valori di tensione pericolosa (230V). Il loro collegamento nell'impianto va pertanto fatto eseguire esclusivamente da personale tecnico abilitato e specializzato, nel pieno rispetto delle vigenti normative. Anche gli altri collegamenti elettrici presenti nello schema devono essere eseguiti con la massima attenzione (cavi in corrente continua), rispettando le polarità (+) e (-) e previa verifica della loro corretta esecuzione da parte di persone esperte e qualificate prima della messa in tensione dell'impianto. Le sezioni dei cavi e le portate degli interruttori magnetotermici e dei fusibili, vanno inoltre correttamente dimensionate in base alle caratteristiche di potenza/assorbimento/tensione/portata massima dei componenti utilizzati e delle apparecchiature elettriche/elettroniche collegate all'impianto. Utilizzare cavi elettrici sottodimensionati rispetto alla corrente che vi circola ed alla tensione applicata, determina cadute di tensione e, soprattutto, surriscaldamento dei conduttori che possono provocare pericolosi incendi ! 

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  PRECISAZIONI DI CARATTERE GENERALE SUGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI AUTONOMI A BATTERIA:

Gli impianti autonomi ad energia solare fotovoltaica con batterie hanno a volte delle limitazioni di disponibilità energetica che vanno sicuramente tenute presente durante l'utilizzo. Queste limitazioni sono principalmente dovute alla potenza totale dei pannelli fotovoltaici impiegati ed alla capacità (Ah) delle batterie installate.

Non possiamo infatti pretendere dalle batterie collegate a questi impianti fotovoltaici di poter mantenere accesi contemporaneamente luci, computer, elettrodomestici energivori come ad esempio lavatrici, lavastoviglie, boiler elettrici, condizionatori, pompe di calore, stufette elettriche, ecc. soprattutto nelle ore serali/notturne o quando è nuvoloso da parecchi giorni oppure in pieno periodo invernale con poche ore di sole disponibili.

In generale produrre ed immagazzinare energia da fonte solare non è così immediato come può sembrare. Anche la ricarica delle batterie dell'impianto fotovoltaico ha bisogno dei suoi tempi.

A volte siamo troppo abituati a dare per scontato di poter sempre disporre di energia elettrica in potenza e disponibilità illimitata. Azioniamo un interruttore e tutto deve sempre illuminarsi/funzionare.

Gli impianti fotovoltaici autonomi a batteria, soprattutto quelli con pochi pannelli e poche batterie, sono infatti un'ottima esperienza personale di confronto sul rapporto tra i nostri consumi e la nostra capacità di produrci ed utilizzare razionalmente l'energia accumulata.

Queste precisazioni sugli impianti fotovoltaici a batteria non devono ovviamente essere viste come una demoralizzante premessa. Anzi, sono proprio l'opposto. Uno sprone costante e continuo a migliorare le nostre "performance" energetiche e di risparmio. 

Ovviamente nel tempo, se c'è la possibilità, potete anche ulteriormente potenziare l'impianto collegando altri pannelli fotovoltaici e batterie in modo da poter aumentare la disponibilità energetica totale.

Anche se il costo totale per la realizzazione di impianti fotovoltaici come quello descritto in questa pagina può sembrare elevato è da tener presente che l'investimento energetico si ripagherà comunque nel tempo, fornendovi energia elettrica gratuita e pulita per moltissimi anni (il funzionamento dei pannelli fotovoltaici è garantita per oltre 20 anni !!!). Inoltre l'acquisto dei vari componenti può essere modulare. Infatti potete acquistare poco per volta ciò che occorre in base alle risorse economiche disponibili al momento ed assemblare/ampliare nel tempo l'intero impianto.

        Per avere un'idea generale della potenzialità della risorsa solare in Europa:

 

          clicca qui ---> MAPPA SOLARE EUROPEA

 

     Per avere invece un'idea più precisa sulla potenzialità di produzione elettrica degli impianti fotovoltaici in base alla località geografica ed alla potenza dei pannelli installati, inserisci i dati nella tabella che trovi cliccando sul tasto qui sotto:

 

clicca qui ---> PRODUZIONE IMPIANTO FV

  

    

     Per vedere altri esempi di impianti fotovoltaici autonomi per l'autoproduzione di energia elettrica, clicca sul pulsante qui sotto:

clicca qui --->  FOTOVOLTAICO

 

 

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