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

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

I. Panoramica dei sistemi di accumulo fotovoltaico residenziale

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 misure aggiuntive di messa a terra o isolamento.

Le funzioni principali dei sistemi di accumulo fotovoltaico residenziale includono:

• Autoconsumo: Utilizzo dell'energia solare per soddisfare il fabbisogno energetico delle famiglie.
• Rasatura dei picchi e riempimento delle valli: Bilanciamento del consumo energetico in momenti diversi per risparmiare sui costi energetici.
• Alimentazione di riserva: Fornire energia affidabile durante le interruzioni.
• Alimentazione di emergenza: Supportare i carichi critici durante i guasti della rete.

Il processo di configurazione comprende l'analisi delle esigenze energetiche degli utenti, 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 energetica

L’analisi dettagliata della domanda energetica è fondamentale, tra cui:

• Carica profilazione: Identificazione dei requisiti di alimentazione dei vari apparecchi.
• 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 per il risparmio sui costi.

Caso di studio

• Profilo utente:
  • Potenza totale collegata: 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 di accumulo fotovoltaico con generazione fotovoltaica diurna che soddisfa le richieste di carico e immagazzina l’energia in eccesso nelle batterie per l’uso notturno. La rete funge da fonte di energia supplementare quando il fotovoltaico e lo stoccaggio sono insufficienti.

• III. Configurazione del sistema e selezione dei componenti

  1. Progettazione del sistema fotovoltaico

  • Dimensioni del sistema: In base al carico di 8,2 kW dell'utente e al consumo giornaliero di 30 kWh, si consiglia un campo fotovoltaico da 12 kW. Questo array può generare circa 36 kWh al giorno per soddisfare la domanda.
  • Moduli fotovoltaici: Utilizza 21 moduli monocristallino da 580 Wp, raggiungendo una capacità 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 operativa ottimale Vmp [V]	43.73	43.88	44.02	44.17	44.31	44.45
  Corrente operativa 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 sulla 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 test standard (STC): intensità luminosa 1000 W/m², temperatura della batteria 25 ℃, qualità dell'aria 1,5

  2. Sistema di accumulo dell'energia

  • Capacità della batteria: Configurare un sistema di batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) da 25,6 kWh. Questa capacità garantisce un backup sufficiente per i carichi critici (3,6 kW) per circa 7 ore durante le interruzioni.
  • Moduli batteria: Utilizza design modulari e impilabili con involucri di grado 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

  • Invertitore ibrido: Utilizzare un inverter ibrido da 10 kW con funzionalità integrate di gestione del fotovoltaico e dell'accumulo. Le caratteristiche principali includono:
    • Ingresso FV massimo: 15 kW
    • Potenza: 10 kW sia per il funzionamento in rete che per il funzionamento off-grid
    • Protezione: grado IP65 con tempo di commutazione grid-off-grid <10 ms

  4. Selezione del cavo fotovoltaico

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

  • EN50618H1Z2Z2-K:
    • Unipolare, valutato per 1,5 kV CC, con eccellente resistenza ai raggi UV e agli agenti atmosferici.
  • TÜV PV1-F:
    • Flessibile, ignifugo, con un ampio intervallo di temperature (da -40°C a +90°C).
  • Cavo fotovoltaico UL 4703:
    • Doppio isolamento, ideale per impianti su tetto e a terra.
  • Cavo solare galleggiante AD8:
    • Sommergibile e impermeabile, adatto per ambienti umidi o acquatici.
  • Cavo solare con nucleo in alluminio:
    • Leggero ed economico, utilizzato in installazioni su larga scala.

  5. Selezione del cavo per l'accumulo di energia

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

  • Cavi UL10269 e UL11627:
    • Isolamento a parete sottile, ignifugo e compatto.
  • Cavi isolati 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 dei cavi consigliate

  Tipo di cavo	Modello consigliato	Applicazione
  Cavo fotovoltaico	EN50618H1Z2Z2-K	Collegamento dei moduli fotovoltaici all'inverter.
  Cavo fotovoltaico	Cavo fotovoltaico UL 4703	Installazioni su tetto che richiedono un elevato isolamento.
  Cavo di accumulo dell'energia	UL10269, UL11627	Collegamenti della batteria compatti.
  Cavo di archiviazione schermato	Cavo batteria schermato EMI	Riduzione delle interferenze nei sistemi sensibili.
  Cavo ad alta tensione	Cavo isolato XLPE	Collegamenti ad alta corrente nei sistemi di batterie.
  Cavo fotovoltaico galleggiante	Cavo solare galleggiante AD8	Ambienti soggetti ad acqua o umidi.

IV. Integrazione del sistema

Integra moduli fotovoltaici, accumulatori di energia e inverter in un sistema completo:

1. Impianto fotovoltaico: Progettare la disposizione dei moduli e garantire la sicurezza strutturale con sistemi di montaggio adeguati.
2. Stoccaggio dell'energia: Installare batterie modulari con un'adeguata integrazione BMS (Battery Management System) per il monitoraggio in tempo reale.
3. Invertitore ibrido: collega gli array 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 del terreno per verificarne la compatibilità strutturale e l'esposizione alla luce solare.
• Installazione dell'attrezzatura: Montare in modo sicuro moduli fotovoltaici, batterie e inverter.
• Test del sistema: Verificare i collegamenti elettrici ed eseguire prove funzionali.

Manutenzione:

• Ispezioni di routine: Controllare eventuali segni di usura o danni su cavi, moduli e inverter.
• Pulizia: Pulire regolarmente i moduli fotovoltaici per mantenerne l'efficienza.
• Monitoraggio remoto: utilizza strumenti software per monitorare le prestazioni del sistema e ottimizzare le impostazioni.

VI. Conclusione

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

protocolli di installazione e manutenzione, i proprietari di case possono massimizzare i vantaggi del loro investimento.