Fotovoltaico

Autore : Antonio Sopranzi

L’energia che riceviamo dal sole è gratuita e poco sfruttata. l’energia che il sole irradia sul nostro pianeta è soltanto una piccolissima parte dell’energia irradiata nello spazio.

Si calcola comunque che il pianeta terra riceve dal sole circa 750 quadrimilioni di kw/ora, quantità che se sfruttata potrebbe risolvere o perlomeno alleggerire il fabbisogno energetico del nostro pianeta.

Si calcola che a mezzogiorno, in giornate soleggiate e su di una superficie orizzontale, sul livello del mare si ha una irradiazione di 1 kw a metro quadro.

Questo valore aumenta a superficie inclinata e ad altezze superiori.

pannelli fotovoltaici

I pannelli fotovoltaici sono costituiti da tante piccole celle fotovoltaiche collegate tra loro.

Queste celle sono formate da strati di silicio, materiale abbondantemente presente nel nostro pianeta, soprattutto nella sabbia marina.

Quando queste celle vengono colpite dai fotoni emessi dal sole, si crea al loro interno un campo elettrico.

I pannelli fotovoltaici sono perlopiù di tre tipi:

  • Monocristallini
  • Policristallini
  • Amorfi

Il loro nome è dato dalla quantità e quindi dalla purezza dei cristalli prodotti dalla fusione del silicio.

Il monocristallino ha un efficienza di circa il 18% ed è prodotto da un unico cristallo

Il policristallino ha un efficienza di circa il 15% ed è prodotto da più cristalli.

I moduli amorfi sono i più economici, hanno un efficienza di circa il 10 % e non utilizzano i cristalli di silicio. Hanno come pregio però quello di funzionare con qualsiasi tipo di luce.

Una singola cella produce dei volt , in base al numero di celle collegate in serie si raggiunge il voltaggio desiderato. Anche la potenza in watt delle singole celle si somma.

Più pannelli collegati in serie vengono denominati “stringa”.

Il loro orientamento è naturalmente verso il sud terrestre e per un miglior rendimento la loro inclinazione varia in base alla latitudine terrestre del sito.

Esistono tuttavia anche sistemi ad inseguimento solare.

regolatori di carica e batteria

Se l’utilizzo del nostro impianto è previsto anche nelle ore notturne abbiamo bisogno di un accumulo . Questa potenza da accumulare viene immagazzinata in batterie.

Tra il pannello e le batterie va inserito un regolatore di carica che regola appunto la carica delle suddette batterie.

In alternativa l’energia prodotta dai pannelli viene immessa nella rete di ditribuzione elettrica e se c’è una differenza a nostro favore rispetto ai consumi, ci viene rimborsata.

inverter

Se il nostro carico, come spesso accade, deve essere alimentato a tensione alternata, abbiamo bisogno dell’ inverter.

La stragrande maggioranza degli attuali inverter hanno integrato il regolatore di carica e l’ingresso per le batterie.

L’ inverter viene utilizzato sia negli impianti con accumulo e sia in impianti connessi alla rete elettrica.

In ingresso accettano dei livelli di tensione minima e massima. Per restare all’ interno di questo range occorre decidere se e come collegare in serie o in parallelo i pannelli fotovoltaici .

Spesso vengono usati dei quadri di stringa dove vengono accoppiate le varie stringhe di pannelli.

dimensionamento

A differenza della rete elettrica dove ad esempio per una normale abitazione abbiamo 3 kw disponibili e possiamo utilizzarli anche 24 ore su 24, per gli impianti fotovoltaici occorre fare un altro tipo di ragionamento.

Mentre per l’impianto di casa ragioniamo con calcoli sulle potenze, in quelli fotovoltaici dobbiamo ragionare in termini di energia disponibile.

La capacità di fornitura elettrica si calcola in kw/orari.

Soprattutto negli impianti ad isola (senza rete elettrica ) va calcolata la potenza di ogni carico per le ore di funzionamento.

Se ad esempio dai nostri calcoli consumiamo 20 ampere/ora al giorno, la nostra batteria ci deve garantire un valore nettamente più grande per sopperire ai giorni di mancata insolazione e alle perdite fisiologiche dell’impianto.

Altrimenti a lungo andare ci ritroveremo con le batterie scariche e l’impianto inutilizzabile.

Allo stesso modo i pannelli fotovoltaici devono essere proporzionati al livello di carica che dobbiamo raggiungere con le batterie. Tenendo presente che i watt di picco indicati nella scheda del pannello non sono sempre facilmente raggiungibili.Si utilizza quindi un moltiplicatore di 1,5 per i calcoli in watt dei pannelli da utilizzare.

La loro potenza disponibile varia infatti in base a innumerevoli fattori quali l’inclinazione, la stagione, il valore di insolazione medio annuo del sito ecc…

Facciamo un esempio:

Supponiamo di avere una bungalow al mare e dobbiamo mantenere attiva una luce led da 11 w , un televisore ed un frigorifero. Quest’ultimo deve restare in funzione tutto il giorno, mentre per il televisore e la luce calcoliamo tre ore al giorno ciascuno.

Supponiamo di prevedere un autonomia in caso di maltempo di 5 giorni e che il valore da utilizzare per il calcolo dell’ irragiamento solare sia di 3,5 calcoliamo che:

il frigorifero consuma 0,4 kw/orari

il televisore consuma 0,1 kw/orari

la luce consuma 0,04 kw/orari

abbiamo quindi bisogno di 0,54 kw/orari ogni giorno.

I watt di picco dei pannelli, calcolando un moltiplicatore per i motivi indicati sopra, abbiamo (540 watt orari/3,5 )x 1,5 = 230 wattpicco

Per calcolare gli ampere delle batterie calcoliamo quanto segue:

Ah= (540 wh/12volt)x 5 giorni= 225 ah di accumulo

Per il regolatore di carica calcoliamo quanto segue:

corrente massima = 230 wp/12v= 19,2 Ampere

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