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Dimensionare un impianto fotovoltaico, batterie, pennelli, sezione cavi, regolatore pwm, mppt, inverter,


Spesso succede che vorremmo farci un impianto fotovoltaico, ma non abbiamo la più pallida idea su come dimensionarlo, e facciamo quindi errori. Errori che poi si riperquotono nelle batterie, il punto debole di ogni impianto fotovoltaico ad isola, distruggendole prima del tempo.

In questi anni ho raccolto un sacco di informazioni nei vari forum e libri disponibili, facendomi una idea abbastanza precisa su come fare un sistema ad isola che possa fornire energia tutto l'anno senza grossi problemi.

Per tentare di dare una guida, o per lo meno una idea su cosa dobbiamo affrontare, ho scritto tempo fa un foglio di calcolo che metto in allegato assieme a dei pdf con i calcoli già fatti, dimensionati in base al consumo, da 200Wh al giorno, fino a 4kWh diari.

Le persone hanno esigenze completamente differenti le une dalle altre, per cui è impossibile fare un conto universale che tenga conto di tutti i fattori. Per esempio c'è chi vuole un sistema di illuminazione del giardino con luci al led, chi vuole un apricancello e allarme, chi vuole una casetta per i fine-settimana, chi vuole un sistema per viverci facendo qualche economia, e infine chi vuole mandare avanti una piccola industria, passando da tutte le variabili possibili.

Solo una cosa accomuna tutti i sistemi: Il consumo diario previsto.

Partendo da questo dato espresso in kWh al giorno (o kWhd) possiamo trovare il bandolo della matassa cambiando alcuni valori nel foglio di calcolo per adattarlo alle nostre esigenze e possibilità. Si scoprirà spesso che abbiamo sovrastimato la produzione dei nostri pannnelli e che le uniche soluzioni sono: Comprare altri pannelli, o ridurre i consumi.

Il foglio di calcolo è quanto più conservativo possibile nei confronti delle batterie. Chiaramente in estate possiamo consumare molta più energia, ma in ogni caso tutte le volte che scarichiamo troppo le batterie, ridurremo la loro vita utile.

Naturalmente i pdf sono solo un esempio e i calcoli possono essere differenti cambiando anche solo un parametro, come per esempio i numero di giorni di backup, o la potenza dell'inverter, o la zona del mondo ove viviamo, la distanza tra pannelli e batterie, il tipo di regolatore solare, ecc.

Nel caso abbiate dei dubbi, non esitate a chiedere. Probabilmente avró una risposta pronta per ogni domanda.

Qui potete scaricare il foglio di calcolo per OpenOffice e derivati

Bene, il 4Kwd potrebbe essere il mio caso (per ora.....).
Il foglio di calcolo mi pare ben fatto, con dei margini abbastanza larghi. Però la scarica del solo 19% mi pare un po' pochina...... In fondo trattandosi di Planté o tubolari con basso valore di C/x si pottrebbe salire anche al 30-35% In questo modo si avrebbe un banco di accumulo un po' meno oneroso, intorno ai 1500Ah, che poi era quello che avevo previsto per me.... Nel caso delle Planté, specialmente se autocostruite, con bassi o bassissimi valori di scarica, l'autonomia potrebbe essere anche di qualche giorno di più.

si, come ti dicevo è una guida di massima. Ho messo il 19% di scarica massima per compensare il forte assorbiumento massimo dell'inverter da 3000W, e conservare il C20 delle batterie. Mettendo un inverter da 2500W o meno, il discorso cambia e possiamo tornare al 50% tipico.

Come ti dicevo i calcoli sono fatti per salvare il più possibile le batterie, ma ovviamente è possibile cambiare i valori e adattarlo alle nostre esigenze.

Io per esempio me ne frego del C20 e vado tranquillamente a C10 (o meno), visto che uso quel ciarpame di batterie da auto che sai

Se ti fai delle Planté con tante pistre sottilissime puoi fare la stessa cosa..... Ma poi non ti lamentere se durano poco.

...Pensa che ci sono molte tubolari e agm stazionarie, che vendono vendute per C100!! quindi per un inverter con assorbimento da 100A, servono 10.000Ah di batterie per stare dentro ai parametri del costruttore!

Sicuramente sono batterie con pochissime piastre molto molto spesse, per l'uso che dovremmo farne noi forse non sono adatte, ma di sicuro sono quasi eterne.....

Ho aggiunto una nuova caratteristica al mio foglio di calcolo:

Ora fa anche il preventivo!!



I prezzi in Euro/Wp o Euro/Ah... che ho messo si basano sui prezzi che si spossono trovare in rete di prodotti di qualitá decente. Per esempio sulle batterie mi sono basato sul prezzo per Ah delle monoblok Troyan, e sugli inverter sui Victron Energy. Ovviamente possono essere cambiati a piacimento usando i prezzi dei prodotti che si vuole usare.

Le voci sulla mano d'opera e sul cablaggio sono messe ad occhio e sono li puramente come esempio.

Potete scaricare il floglio dal messaggio originale

Ciao offgrid2.

Ho notato che nel calcolo della dimensione dei cavi del foglio di lavoro hai imposto un 2% come caduta di tensione ammissibile.
Meno caduta di tensione c'è, minori dispersioni ci sono lungo il cavo.

Quale potrebbe essere il giusto compromesso tra caduta di tensione, quindi dispersione, e sezione dei cavi?

Ammettendo che il 2% sia il limite massimo oltre il quale meglio non andare, fino a che punto ha senso spingersi in basso...
Mi spiego: Ammettendo un 1% di caduta di tensione sui cavi occorre, da quello che ho capito, duplicarne la sezione.
Fino a che punto ha senso aumentare la sezione dei cavi e per contro diminuire la caduta di tensione?

Ad esempio a 48V ammettere una caduta di tensione:

del 2% significa perdere 0.96V, quasi un volt
del 1% significa perdere 0.48V ma abbiamo duplicando la sezione dei cavi, duplicando anche i costi...
dello 0.5% significa perdere 0.24V ma siamo occorre passare ad una sezione quadrupla rispetto a quella del 2%...

Si sta parlando (a 48V bene inteso) di perdite che sono una frazione di Volt....
Ha senso arrivare a tanto, considerando che ad ogni dimezzamento della caduta di tensione corrisponde una duplicazione dei costi?

Qual'è un compromesso tecnicamente sostenibile?

tieni conto che, in ogni caso puoi mettere il valore che preferisci... è un valore modificabile.

Inizialmente avevo messo un 1%, ma visto il prezzo elevato del rame, e il sempre più basso costo dei panneli foto, mi hanno consigliato di aumentare, e quindi ho messo 2%.

Immagino che potrebbe benissimo essere accettabile anche un 5% di perdite, dipende anche se i pannelli possono raggiungere la potenza max e per quanto tempo.

Per esempio, se metti i pannelli a 10 gradi, come ho visto sugli impianti di bridge e hal9000, in quelle condizioni possono raggiungere la piena potenza solo in estate, ma è anche il periodo in cui hai un eccesso di energia, quindi anche se ne butti via un po' che ti importa?
In primavera-autunno-inverno arriveresti attorno al 50% della potenza dichiarata, e quindi bastano cavi grossi la metà.

Quindi mi stai dicendo che si potrebbe tranquillamente anche superare il 2% arrivando al 5%?


A 48V il 5% sono 2,4V di caduta...

Quindi non occorre scendere tanto, giusto! Se proprio si vuole stare tranquilli basta un 1%, è questo che volevi dire?

non è una questione di stare tranquilli, la questione è stabilire quale sia il valore più idoneo ma soprattutto accettabile.

su un impianto da 1000Wp, perdere 50Wh (5%) potrebbe essere accettabile se i vostri consumi sono abbastanza inferiori a quelli prodotti dai pannelli fotovoltaici.

Se fossi in voi, invece di stare a 48V, passerei tranquillamente a 72 o 96Vdc con un regolatore mppt che la abbassi a 48Vdc. una cosa del genere la sta facendo da tempo hal9000.

in questo modo potete economizzare nel rame senza molte perdite.... già a passare a 96V, significa poter fare passare il doppio della corrente per lo stesso cavo.

voi che dovete per forza percorrere molti metri tra pannelli e regolatore, probabilmente è la soluzione migliore.

Esiste anche la soluzione di bridge ovviamente, ma per ora non esistono soluzioni commerciali di inverter a quelle tensioni, a meno che non vogliate autocostruire anche quello, ma non è facile mi dicono dalla regia
....arriveremo anche a quello prima o poi.

offgrid2 ha scritto:non è una questione di stare tranquilli, la questione è stabilire quale sia il valore più idoneo ma soprattutto accettabile.

su un impianto da 1000Wp, perdere 50Wh (5%) potrebbe essere accettabile se i vostri consumi sono abbastanza inferiori a quelli prodotti dai pannelli fotovoltaici.

Se fossi in voi, invece di stare a 48V, passerei tranquillamente a 72 o 96Vdc con un regolatore mppt che la abbassi a 48Vdc. una cosa del genere la sta facendo da tempo hal9000.

in questo modo potete economizzare nel rame senza molte perdite.... già a passare a 96V, significa poter fare passare il doppio della corrente per lo stesso cavo.

voi che dovete per forza percorrere molti metri tra pannelli e regolatore, probabilmente è la soluzione migliore.

Esiste anche la soluzione di bridge ovviamente, ma per ora non esistono soluzioni commerciali di inverter a quelle tensioni, a meno che non vogliate autocostruire anche quello, ma non è facile mi dicono dalla regia
....arriveremo anche a quello prima o poi.

Infatti il problema sta tutto li!

Comunque ho capito, occorre valutare la perdita non fine a se stessa ma rapportata alla produzione e al consumo.
Se la maggior produzione rispetto al consumo giustifica la perdita allora va bene...
Se no, no...

Per precisare: se si deve fare una linea molto lunga tra i pannelli e il banco di accumulo, allora conviene mettere in serie i pannelli e portare fino al banco una tensione elevata ma una bassa corrente, poi lì mettere il regolatore ed abbassare la tensione al livello del banco. In questo modo i conduttori possono essere sottili e contenere le perdite.
Ma in questo modo forse basta anche un PWM, invece di un costoso MPPT, o no?

ma esistono pwm che abbassano la tensione da 96 a 48V?

appoposito.... in commercio ci sono alimentatori switching anche da 20-30A -120-250V~ -> 12-60Vdc

Se non sbaglio un alimentatore switching non ha bisono di una corrente alternata in ingresso vero?

Sarebbe possibile quindi mettere in serie i pannelli fino ad arrivare a 240Volts e quindi pochi Ampere, scendere con i cavi sottili fino all'alimentatore e collegarsi al regolatore con 60Vdc?

Potrebbe essere una idea per risparmiare sul cavo su lunghi tragitti

Per quanto riguarda la mia situazione, la distanza varia da un minimo di 17 metri ad un massimo di 23 metri...
Ho calcolato che con una sezione di 16mmq ho una caduta di tensione sotto i 0,5V (sotto lo 0,8% comunque) sulla distanza mazssima (23mt) a 48V.

Non dovrei risentire di forti perdite.


Il TriStrar riporta:
• Voc massimo del pannello solare 125 V
• Voltaggio operativo massimo 68 V

Nel caso volessi elevare il voltaggio, qual'è il valore che devo tenere in considerazione, quel 125 o quel 68?
A naso direi che quei 68 sono riferiti al voltaggio massimo lato batterie, mentre i 125 sono il voltaggio massimo lato pannelli. Giusto?

credo che tu abbia ragione, ma meglio chiedere agli esperti che ce l'hanno... chiedi loro anche come collegare i pannelli

offgrid2 ha scritto:credo che tu abbia ragione, ma meglio chiedere agli esperti che ce l'hanno... chiedi loro anche come collegare i pannelli

Siete tutti esperti!!!
Certamente più esperti di me!!!

Mamma mia!!! (woot) Ti rendi conto di quanto ti costerebbero 20m di cavo da 16mmq?!?!?

Comunque, 125V è lato pannelli, sicuramente, visto anche che lo specifica, mentre i 68 saranno dal lato batterie..... Un po' di più di un banco a 48V completamente carico, anche in equalizzazione.
14,5 x 4 = 58V.
Daltronde la tensione a vuoto di 4 pannelli da 12V nominali messi in serie in genere è intorno agli 80 - 85V
Però ci sono MPPT e PWM che lavorano con tensioni in ingresso molto più alte.

Roby ha scritto: la distanza varia da un minimo di 17 metri ad un massimo di 23 metri...
Ho calcolato che con una sezione di 16mmq ho una caduta di tensione sotto i 0,5V (sotto lo 0,8% comunque) sulla distanza mazssima (23mt) a 48V.

Se sono 23mt. in "andata", bisogna aggiungere anche il "ritorno", quindi in totale sono 46 metri e su questa misura bisogna calcolare la caduta di tensione ....se non l'hai già fatto.-
Ciao

Parole sante Bridge. il X 2dimenticato mi
ha causato un bel guaio a lavoro.