Guida completa alla progettazione e configurazione di sistemi di accumulo fotovoltaico residenziali

Un sistema di accumulo fotovoltaico residenziale è costituito principalmente da moduli fotovoltaici, batterie di accumulo, inverter di accumulo, dispositivi di misurazione e sistemi di monitoraggio e gestione. Il suo obiettivo è raggiungere l'autosufficienza energetica, ridurre i costi energetici, ridurre le emissioni di carbonio e migliorare l'affidabilità dell'energia. La configurazione di un sistema di accumulo fotovoltaico residenziale è un processo completo che richiede un'attenta valutazione di diversi fattori per garantirne un funzionamento efficiente e stabile.

I. Panoramica dei sistemi di accumulo fotovoltaico residenziali

Prima di iniziare la configurazione del sistema, è essenziale misurare la resistenza di isolamento CC tra il terminale di ingresso del campo fotovoltaico e la terra. Se la resistenza è inferiore a U…/30 mA (U… rappresenta la tensione di uscita massima del campo fotovoltaico), è necessario adottare ulteriori misure di messa a terra o isolamento.

Le funzioni principali dei sistemi di accumulo fotovoltaico residenziali includono:

• Autoconsumo:Utilizzo dell'energia solare per soddisfare il fabbisogno energetico domestico.
• Rasatura dei picchi e riempimento delle valli: Bilanciare il consumo di energia in diversi orari per risparmiare sui costi energetici.
• Alimentazione di backup: Fornire energia affidabile durante le interruzioni.
• Alimentazione di emergenza: Supporto di carichi critici durante i guasti della rete.

Il processo di configurazione comprende l'analisi delle esigenze energetiche dell'utente, la progettazione di sistemi fotovoltaici e di accumulo, la selezione dei componenti, la preparazione dei piani di installazione e la definizione delle misure di funzionamento e manutenzione.

II. Analisi e pianificazione della domanda

Analisi della domanda di energia

È fondamentale un'analisi dettagliata della domanda di energia, che comprenda:

• Profilazione del carico: Identificazione dei requisiti energetici dei vari elettrodomestici.
• Consumo giornaliero: Determinazione del consumo medio di elettricità durante il giorno e la notte.
• Prezzi dell'elettricità: Comprendere le strutture tariffarie per ottimizzare il sistema e risparmiare sui costi.

Caso di studio

• Profilo utente:
  • Carico totale collegato: 8,2 kW
  • Carico critico: 3,6 kW
  • Consumo energetico diurno: 10 kWh
  • Consumo energetico notturno: 20 kWh
• Piano di sistema:
  • Installare un sistema ibrido fotovoltaico-accumulo, con la generazione fotovoltaica diurna che soddisfa il fabbisogno energetico e immagazzina l'energia in eccesso nelle batterie per l'uso notturno. La rete elettrica funge da fonte di energia supplementare quando il fotovoltaico e l'accumulo sono insufficienti.

• III. Configurazione del sistema e selezione dei componenti

  1. Progettazione del sistema fotovoltaico

  • Dimensioni del sistema: Considerando un carico di 8,2 kW e un consumo giornaliero di 30 kWh, si consiglia un impianto fotovoltaico da 12 kW. Questo impianto può generare circa 36 kWh al giorno per soddisfare la domanda.
  • Moduli fotovoltaici: Utilizzare 21 moduli monocristallini da 580 Wp, per una potenza installata di 12,18 kWp. Garantire una disposizione ottimale per la massima esposizione alla luce solare.

  Potenza massima Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  Tensione di esercizio ottimale Vmp [V]	43.73	43,88	44.02	44.17	44.31	44.45
  Corrente di esercizio ottimale Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  Tensione a circuito aperto Voc [V]	52.30	52,50	52.70	52,90	53.10	53.30
  Corrente di cortocircuito Isc [A]	13,89	13,95	14.01	14.07	14.13	14.19
  Efficienza del modulo [%]	22.3	22.5	22.7	22.8	23.0	23.2
  Tolleranza della potenza di uscita	0~+3%
  Coefficiente di temperatura della potenza massima [Pmax]	-0,29%/℃
  Coefficiente di temperatura della tensione a circuito aperto [Voc]	-0,25%/℃
  Coefficiente di temperatura della corrente di cortocircuito [Isc]	0,045%/℃
  Condizioni di prova standard (STC): intensità luminosa 1000 W/m², temperatura della batteria 25 ℃, qualità dell'aria 1,5

  2. Sistema di accumulo di energia

  • Capacità della batteria: Configurare un sistema di batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) da 25,6 kWh. Questa capacità garantisce un'autonomia sufficiente per i carichi critici (3,6 kW) per circa 7 ore in caso di interruzioni.
  • Moduli batteria: Utilizzare design modulari e impilabili con involucri IP65 per installazioni interne/esterne. Ogni modulo ha una capacità di 2,56 kWh, con 10 moduli che formano il sistema completo.

  3. Selezione dell'inverter

  • Inverter ibrido: Utilizza un inverter ibrido da 10 kW con funzionalità integrate di gestione fotovoltaica e di accumulo. Le caratteristiche principali includono:
    • Potenza massima fotovoltaica in ingresso: 15 kW
    • Potenza: 10 kW sia per il funzionamento in rete che fuori rete
    • Protezione: grado di protezione IP65 con tempo di commutazione rete-fuori rete <10 ms

  4. Selezione del cavo fotovoltaico

  I cavi fotovoltaici collegano i moduli solari all'inverter o al quadro elettrico. Devono resistere ad alte temperature, all'esposizione ai raggi UV e alle condizioni esterne.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Unipolare, per 1,5 kV CC, con eccellente resistenza ai raggi UV e alle intemperie.
  • TÜV PV1-F:
    • Flessibile, ignifugo, con ampio intervallo di temperatura (da -40°C a +90°C).
  • Cavo fotovoltaico UL 4703:
    • Doppio isolamento, ideale per sistemi montati su tetti e a terra.
  • Cavo solare galleggiante AD8:
    • Sommergibile e impermeabile, adatto ad ambienti umidi o acquatici.
  • Cavo solare con anima in alluminio:
    • Leggero ed economico, utilizzato in installazioni su larga scala.

  5. Selezione dei cavi per l'accumulo di energia

  I cavi di accumulo collegano le batterie agli inverter. Devono gestire correnti elevate, garantire stabilità termica e mantenere l'integrità elettrica.

  • Cavi UL10269 e UL11627:
    • Isolamento a parete sottile, ignifugo e compatto.
  • Cavi isolati in XLPE:
    • Alta tensione (fino a 1500 V CC) e resistenza termica.
  • Cavi CC ad alta tensione:
    • Progettato per l'interconnessione di moduli batteria e bus ad alta tensione.

  Specifiche del cavo consigliate

  Tipo di cavo	Modello consigliato	Applicazione
  Cavo fotovoltaico	EN 50618 H1Z2Z2-K	Collegamento dei moduli fotovoltaici all'inverter.
  Cavo fotovoltaico	Cavo fotovoltaico UL 4703	Installazioni sui tetti che richiedono un elevato isolamento.
  Cavo di accumulo di energia	UL 10269, UL 11627	Collegamenti compatti della batteria.
  Cavo di archiviazione schermato	Cavo per batteria schermato EMI	Riduzione delle interferenze nei sistemi sensibili.
  Cavo ad alta tensione	Cavo isolato in XLPE	Collegamenti ad alta corrente nei sistemi di batterie.
  Cavo fotovoltaico galleggiante	Cavo solare galleggiante AD8	Ambienti umidi o soggetti ad acqua.

IV. Integrazione del sistema

Integrare moduli fotovoltaici, sistemi di accumulo di energia e inverter in un sistema completo:

1. Sistema fotovoltaico: Progettare la disposizione dei moduli e garantire la sicurezza strutturale con sistemi di montaggio adeguati.
2. Accumulo di energia: Installare batterie modulari con un'adeguata integrazione BMS (Battery Management System) per il monitoraggio in tempo reale.
3. Inverter ibrido: Collega i pannelli fotovoltaici e le batterie all'inverter per una gestione energetica senza interruzioni.

V. Installazione e manutenzione

Installazione:

• Valutazione del sito: Ispezionare i tetti o le aree a terra per verificarne la compatibilità strutturale e l'esposizione alla luce solare.
• Installazione di apparecchiature: Montare saldamente i moduli fotovoltaici, le batterie e gli inverter.
• Test di sistema: Verificare i collegamenti elettrici ed eseguire test funzionali.

Manutenzione:

• Ispezioni di routine: Controllare che cavi, moduli e inverter non siano usurati o danneggiati.
• Pulizia: Pulire regolarmente i moduli fotovoltaici per mantenerne l'efficienza.
• Monitoraggio remoto: Utilizzare strumenti software per monitorare le prestazioni del sistema e ottimizzare le impostazioni.

VI. Conclusion

Un sistema di accumulo fotovoltaico residenziale ben progettato offre risparmio energetico, vantaggi ambientali e affidabilità energetica. L'attenta selezione di componenti come moduli fotovoltaici, batterie di accumulo, inverter e cavi garantisce l'efficienza e la longevità del sistema. Un'adeguata pianificazione...

Grazie ai protocolli di installazione e manutenzione, i proprietari di casa possono massimizzare i benefici del loro investimento.