Domanda stringhe ampliamento impianto offgrid

[badgir]

Buonasera,

Per andare incontro alla stagione delle giornate corte (senza dover fare ricorso al gruppo elettrogeno, si spera) ho deciso di ampliare - anzi radoppiare il mio impianto offgrid. Non è il primo upgrade in 9 anni di offgrid ma - data la sua entità, richiede una riconfigurazione sostanziale del sistema.

Sono già installati i seguenti pannelli:



Finora, tutti i pannelli sono collegati in parallelo ad un regolatore di carica PWM Epever VS6024 BN, dal quale la corrente ricarica un pacco batterie LiFePo4 Winston 8 x 130 Ah (24 V). Un inverter Mppsolar Pip 2024 trasforma la corrente per alimentare casa. E' quindi un sistema che lavora attualmente a 24V, con sezioni cavi elevate per sostenere correnti notevoli.

Tutto questo sistema funziona bene ma non lascia alcun spazio ad un ampliamento.

Ho ora comprato altri 6 pannelli da 410 W, V_imp 31,61, A_imp 9,18, V_oc 39,18, I_sc 9,68

Dovrò passare ad un inverter ibrido più grande con MPPT, in grado di gestire una tensione di stringa più alta di quella del pacco batterie. Mi sto orientando verso il Mppsolar 4024MT, in 120A/60-500V, OUT 4000 W, che dovrebbe risolvere.

Per collegare il tutto vorrei raggruppare i pannelli in stringhe, come da schema sotto.
Sarebbero 5 stringe con tensioni tra 89 e 99 V, messe in parallelo. Tutti i pannelli sarebbero orientati nella stessa maniera, sulla falda verso est e senza ombre di rilievo. Ho quindi omesso diodi di bypass.

In questo modo - considerando l'esposizione non ottimale, spero di poter passare da una produzione di picco di ca 1500 Wp attuali a oltre 3000 Wp.

Purtroppo dovrò sacrificare uno dei vecchi pannelli da 125W, perché con 4 pannelli in serie andrei troppo fuori con le tensioni rispetto alle altre stringhe.



In arancione i fusibili di stringa, verde i sezionatori (per le stringhe minori) e il magnetotermico generale, celeste lo scaricatore.
Usando parte dell'istallazione esistente, avrei due scatole di derivazione sul tetto con due distinte calate e una scatola di derivazione all'interno della casa prima di andare al MPPT.

Ora le mie domande:

1. Come si comportano le stringhe di tensioni diverse (differenza 10 V)? La più alta trascina la più bassa o vice versa? Oppure si stabilisce una tensione "media" tra le varie stringhe?

2. Quanto si perde mettendo in parallelo stringhe di diverso voltaggio?

3. Per convenienza vorrei mettere gli scaricatori nella scatola all'interno della casa. Avendo due scatole di derivazione in questo modo mi servirebbe solo una coppia di scaricatori. Comporta dei svantaggi in termini di funzionamento rispetto ad un'istallazione direttamente sul tetto?

Ogni commento, suggerimento o critica sono benvenuti.


Il materiale per le stringhe 4 e 5 è arrivato.

[Ferrobattuto]

Io ho 24 pannelli in 8 stringhe di tre, alcuni sono monocristallini da 310W altri sono policristallini da 230W, tutti da 60 celle. Ma le stringhe sono disaccoppiate tra loro con il solito diodo sul positivo, per cui le stringhe non si "vedono" tra di loro. Ovviamente le stringhe a tensione maggiore (anche se le differenze sono limitate) caricheranno leggermente prima al mattino o con tempo coperto, mentre le altre in questi casi saranno leggermente più "pigre". Non ho però riscontrato difficoltà, tanto che a sole pieno in estate ho visto erogare dal regolatore (mppt) nelle batterie (48V) anche 60A.
Avendo stringhe di natura e caratteristiche differenti io consiglio sempre di usare diodi di disaccoppiamento. La caduta di tensione è irrisoria e l'energia persa bassissima, per contro non c'è il pericolo di "scambi" di energia tra stringhe di caratteristiche diverse, ne per eventuali anche leggere insolazioni differenti. L'impianto funziona così ormai da un paio d'anni con buona soddisfazione.
Non ho mai usato fusibili sulle stringhe (che ritengo superflui) e nemmeno scaricatori, per cui non saprei cosa dirti.
Che tipo di scaricatori usi?

[badgir]

Grazie per i consigli. Metterò senz'altro i diodi. Quale tipo consigli?

I fusibili avevo messo tempo fa - addirittura sul positivo e sul negativo, quindi mi avanzano e ne metterò uno a stringa.
In effetti, non si è mai bruciato nessuno. Farebbe pensare anche a me che non servono.

Anche di scaricatori non avevo mai usato. Qualche mese fa' un fulmine ha bruciato mezza casa del vicino, a soli 50 m. Casa inabitabile, bel danno, lavatrice esplosa, impianto elettrico fuso, casa allagata, tutto annerito dalla fuliggine.

Seppure casa mia sta dentro al cono di un palazzo più alto e la probabilità di essere colpito direttamente da un fulmine rimane bassa - e in quel caso ovviamente non servirebbero gli scaricatori, le sovratensioni da correnti indotte potrebbero comunque danneggiare l'impianto. Non sarebbe questa la funzione protettiva degli scaricatori?

Non ho ancora scelto il modello, se ne trovano vari sui siti di materiale fotovoltaico, costano tra 15 e 25 Euro.

[Ferrobattuto]

Io ho usato diodi metallici "a bullone", ossia con corpo esagonale e coda filettata, perché li avevo, recuperati in passato dal surplus, tra l'altro sono comodi per essere avvitati su un'aletta di raffreddamento che fa da polo comune, ma anche dei semplici ponti raddrizzatori come ha usato Hal9000 (uno ogni due stringhe) andrebbero benissimo. Sono economici e si trovano facilmente. Naturalmente debbono poter sopportare la corrente massima delle stringhe e una tensione inversa prudentemente doppia di quella massima della stringa.
Il mio banco di pannelli è sul tetto di una rimessa a tre metri dal suolo, sto in campagna, non ho grandi costruzioni intorno, non so quanto siano possibili correnti indotte da scariche atmosferiche. Credo però che sia più sensibile l'insieme dei telai dei pannelli, piuttosto che i conduttori di discesa. Sono in alto e forse più soggetti a raccogliere cariche elettrostatiche. In genere le scariche indotte influenzano di più i conduttori orizzontali che sentono maggiormente il campo magnetico generato dalla dispersione di un fulmine nel terreno.
Personalmente sconsiglio di mettere a terra il telaio dei pannelli, perché si rischia di produrre col tempo e con l'umidità perdite galvaniche e corrosioni. Ma naturalmente ognuno può fare come crede.
In questi casi generalizzare è difficilissimo in quanto gli impianti autocostruiti hanno caratteristiche diversissime tra di loro, come anche i siti in cui vengono realizzati.
Solo per la cronaca: qui in zona, su un promontorio piuttosto alto, venne realizzato un ripetitore radio sulle VHF per uso radioamatoriale, soggetto a scariche elettrostatiche frequenti, lo scaricatore venne realizzato usando un blocco di alluminio connesso a terra in cui erano state avvitate delle candele auto con gli elettrodi avvicinati a pochi decimi di millimetro. Sul terminale dell'isolatore di porcellana erano collegati i cavi di rete. Sembra che la cosa abbia funzionato egregiamente.

[badgir]

mi sono arrivati i diodi dall'Amazonia:

70HFR120: Avanti
70HF120: Inverso
Voltaggio-DC Inverso (Vr) (massimo): 1200V (1.2kV)
Rettificazione media corrente (Io): 70A



Ne userò 5. Devo ancora vedere quali. Ho preso anche dei dissipatori, da usare su ogni singolo diodo. Ho qualche diobbio a mettere 4 in una scatola di derivazione. Non siviluppano troppo calore?



Lo schemino ha quindi subito una piccola modifica. Non metto più i fusibili ma soltanto i diodi. Va bene così?

[Ferrobattuto]

I due diodi con scritto sopra "20A" sono disegnati al contrario, in effetti collegati così non farebbero passare corrente. Immagino si tratti di una svista.... Il simbolo che hai usato per i diodi in realtà indica diodi "zener" che sono diodi regolatori di tensione e non sono adatti all'uso che devi farne, quelli che hai preso tu sono diodi raddrizzatori e il simbolo ha la stanghetta dritta, senza le due zampine alle estremità.
Quelli con la "R" nella sigla sono diodi inversi, ossia la corrente (convenzionalmente) entra dal bullone e esce dall'occhiello, mentre gli altri sono diretti, cioè la corrente entra dall'occhiello ed ed esce dal bullone. Si vede anche dal simbolo stampato sul corpo. Sono degli ottimi diodi, sia come marca che come caratteristiche.
In effetti chiudere i dissipatori in una scatola di plastica provocherebbe surriscaldamento, i radiatori dovrebbero stare all'aria libera, possibilmente con le alette disposte verticali, in modo che l'aria possa transitarci in mezzo. Se usi quelli diretti, collegando il positivo delle stringhe all'occhiello, potrebbero essere avvitati tutti su un unica piastra dissipatrice.
Io ho messo un sezionatore per ogni stringa, un semplice interruttore da 16A, posizionato prima del diodo, in modo da poter isolare ogni singola stringa in caso di guasto e poter intervenire lasciando funzionare le altre. Inutile dire che il tutto è al coperto sotto il tetto su cui sono montati i pannelli, per cui non c'è problema di pioggia o umidità. Visto che comunque devi mettere anche una scatola interna ti conviene posizionare tutto insieme e vicino, in modo da avere tutto sotto controllo con un colpo d'occhio. Tanto credo che le lunghezze dei conduttori non dovrebbero variare. Se si debbono fare delle "giunte" basta saldare i fili e ricoprire le saldature con un termorestringente. A me è capitato....
Leggendo le caratteristiche dei tuoi pannelli vedo che quelli da 125W hanno tensione a vuoto più alta, immagino che siano del tipo a 72 celle, se è così probabilmente cominceranno a caricare un po' prima degli altri, anche se poi con sole alto ogni stringa farà la sua parte.
Allego il datasheet dei tuoi diodi, in caso non lo avessi.

70HF.PDF

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Metto anche qualche foto del quadro pannelli, con interruttori e diodi.

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QuadroPann5.JPG (69.57 KiB) Visto 2239 volte

QuadroPann6.JPG (53.64 KiB) Visto 2239 volte

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Da sotto escono i due cavi grandi che vanno al regolatore. Sopra entrano i positivi di ogni singola stringa che vanno ognuno ad un interruttore.
Scusa se sono stato pedante e prolisso, non è per "mettersi in cattedra" ma solo per precisione. Non so mai il grado di conoscenza sull'argomento che ha il corrispondente e cerco di evitare dubbi e malintesi. Anche se mi sembra che tu fin'ora te la sia sbrogliata molto bene.

[badgir]

Grazie per questa illustrazione dettagliata.

I due diodi con scritto sopra "20A" sono disegnati al contrario, in effetti collegati così non farebbero passare corrente. Immagino si tratti di una svista.... Il simbolo che hai usato per i diodi in realtà indica diodi "zener" che sono diodi regolatori di tensione e non sono adatti all'uso che devi farne, quelli che hai preso tu sono diodi raddrizzatori e il simbolo ha la stanghetta dritta, senza le due zampine alle estremità.
Quelli con la "R" nella sigla sono diodi inversi, ossia la corrente (convenzionalmente) entra dal bullone e esce dall'occhiello, mentre gli altri sono diretti, cioè la corrente entra dall'occhiello ed ed esce dal bullone. Si vede anche dal simbolo stampato sul corpo. Sono degli ottimi diodi, sia come marca che come caratteristiche.

Grazie per questa correzione. Si, era una svista. Ho anche trovato il simbolo del diodo classico nel programma di disegno (dia per linux).

In effetti chiudere i dissipatori in una scatola di plastica provocherebbe surriscaldamento, i radiatori dovrebbero stare all'aria libera, possibilmente con le alette disposte verticali, in modo che l'aria possa transitarci in mezzo. Se usi quelli diretti, collegando il positivo delle stringhe all'occhiello, potrebbero essere avvitati tutti su un unica piastra dissipatrice.

Qui mi trovo un po' in difficoltà perche i quadri di campo sono sul tetto, quindi per forza in scatole chiuse IP65. Ho visto che hai unito tutti i diodi su un unico dissipatore. Immagino che 12 diodi sviluppino un certo calore. Non mi rendo però conto quanto ne sviluppa il singolo diodo. Ho letto che più sono sovvradimensionati, meno scaldano. In linea di massima ne dovro mettere 4 in una scatola 15x30 cm.

Su youtube avevo anche visto delle soluzioni con questi diodi grossi senza alcun dissipatore montati all'interno di una scatola. Io per ora ho trovato questi dissipatori:


No so se bastano.

Io ho messo un sezionatore per ogni stringa, un semplice interruttore da 16A, posizionato prima del diodo, in modo da poter isolare ogni singola stringa in caso di guasto e poter intervenire lasciando funzionare le altre. Inutile dire che il tutto è al coperto sotto il tetto su cui sono montati i pannelli, per cui non c'è problema di pioggia o umidità. Visto che comunque devi mettere anche una scatola interna ti conviene posizionare tutto insieme e vicino, in modo da avere tutto sotto controllo con un colpo d'occhio. Tanto credo che le lunghezze dei conduttori non dovrebbero variare. Se si debbono fare delle "giunte" basta saldare i fili e ricoprire le saldature con un termorestringente. A me è capitato....

Questa di poter senzionare le singole stringhe è utile. Fin'ora avevo i portafusibili che facevano questo lavoro. Prenderò dei semplici sezionatori per barra DIN. La tua soluzione con gli interruttori è di lusso. Io mi troverei con 4 stringhe, quindi si semplifica un po' ma devo mettere sezionatori più potenti. Temo che un interruttoe di 16A in CA su una corrente di 13A in CC potrebbe non spegnere l'arco.

Per come ho steso i cavi non riesco a portare tutte le stringhe fino a dentro casa. Si unsicono già nelle scatole sul tetto. Saldare i fili direttamente su i diodi sarebbe pure possibile, ma penso di aver trovato una soluzione con occhielli crimpati e viti (vedi foto sopra).

Per il sezionatore generale ho trovato un modello a buon prezzo da elettronica surplus. Lo devo ancora ordinare. Mettendo 2+2 in parallelo regge 45A.

Leggendo le caratteristiche dei tuoi pannelli vedo che quelli da 125W hanno tensione a vuoto più alta, immagino che siano del tipo a 72 celle, se è così probabilmente cominceranno a caricare un po' prima degli altri, anche se poi con sole alto ogni stringa farà la sua parte.

Si, sono vecchi pannelli da 72 celle. Ho deciso ora di lasciare questi pannelli in parallelo (24V) come erano, collegati sul vecchio regolatore PWM, per andare poi in batteria. Così non devo sacrificare il quarto pannello per allineare la tensione al range MPPT delle altre stringhe (90-100V). Oltretutto questi 4 pannelli hanno una loro calata separata che arriva direttamente in casa, quindi possono funzionare a se stante.

Ho adeguato lo schemino, distinguendo fra la stringa 1 a 24 V che va sul PWM e le stringhe 2-5 che vanno sul MPPT. In realtà la stringa 1 non avrebbe bisogno di alcun diodo, essendo tutti i pannelli identici e in parrallelo.

Allego il datasheet dei tuoi diodi, in caso non lo avessi.
70HF.PDF

Grazie.

Scusa se sono stato pedante e prolisso, non è per "mettersi in cattedra" ma solo per precisione. Non so mai il grado di conoscenza sull'argomento che ha il corrispondente e cerco di evitare dubbi e malintesi. Anche se mi sembra che tu fin'ora te la sia sbrogliata molto bene.

I tuoi consigli sono sempre benvenuti!
Non essendo di formazione elettricista ne ingegnere ho imparato un po' strada facendo - anche se devo molte nozione teoriche di base a mio padre ingegnere di elettrotecnica.

Ho installato un diversi impianti - anzi, ho assistito e fatto da supervisore agli istallatori ma i progetti erano sempre redatti da ingegneri. Vanto fra le mie installazioni anche il primo impianto fotovoltaico in Palestina (offgrid, di emergenza), su un ospedale a Gaza, fatto una decina di anni fa'.

[Ferrobattuto]

Bello, bel lavoro quello a Gaza. Quale sei tra i quattro con la bandiera?
Il dissipatore che è sul diodo è piccolo.... Considera che la caduta di tensione sul diodo è di circa 0,6 o 0,7V, che moltiplicati per la corrente massima che ci può transitare ti da i W dissipati. Se hai a disposizione lamiera di alluminio da 2mm o più di spessore i dissipatori puoi farteli anche da solo, con superficie ampia e alette lunghe. Ti aggiungo un PDF che parla di dissipatori e come si calcola la dissipazione.

Dissipatori.pdf

(666.98 KiB) Scaricato 92 volte

È scritto per i transistor, ma dovrebbe andar bene anche per i diodi. La resistenza termica tra la giunzione e il corpo del diodo e quella tra il contenitore e l'aletta dovrebbero essere indicate nel datasheet che ti ho mandato.
Mi spiace che non puoi modificare le discese, ma se il gruppo dei diodi è al riparo dall'acqua piovana puoi metterli in una scatola di rete metallica, tipo zanzariere, in modo che gli insetti non ci vanno ma l'aria può transitare.
Anche io uso linux da diversi anni, attualmente Ubuntu 18.04.

[badgir]

Il dissipatore che è sul diodo è piccolo.... Considera che la caduta di tensione sul diodo è di circa 0,6 o 0,7V, che moltiplicati per la corrente massima che ci può transitare ti da i W dissipati. Se hai a disposizione lamiera di alluminio da 2mm o più di spessore i dissipatori puoi farteli anche da solo, con superficie ampia e alette lunghe. Ti aggiungo un PDF che parla di dissipatori e come si calcola la dissipazione.

Secondo questi calcoli i quattro diodi uniti in una scatola potrebbero anche generare un calore di 30 W. Troppi per una scatola di plastica 20x15. L'attuale situazione è questa:


Non c'è modo di ripararsi dalla pioggia.

Una possibile soluzione potrebbe essere quella di usare una scatola stagna in alluminio tipo questa, di misura 17 x 14 x 6 cm.
Se monto i diodi sul coperchio (all'interno) e a questo avvito un dissipatore con alette all'esterno la cosa forse funziona. In questo caso la scatola avrebbe polarità positiva ma non vedo particolari problemi (finche non si fonde il cavo negativo - ma potrei fare i giunti negativi in una scatola dedicata separata). La scatola avrebbe una tensione di +100V verso il negativo ma non è un posto facilmente raggiungibili se non arrampicandosi sul tetto. In linea di massima l'impianto non è collegato a terra. I sezionatori delle stringhe in questo caso dovrbbero essere necessariamente a monte dei diodi. Che ne pensi?

Bello, bel lavoro quello a Gaza. Quale sei tra i quattro con la bandiera?

Sull'ultima foto sono quello al centro (con la bandiera)

Anche io uso linux da diversi anni, attualmente Ubuntu 18.04.

L'ultima mia versione di Windows era NT Workstation, credo intorno al 2004. Da allora uso felicemente linux, prima Mandrake e poi Ubuntu, su tutti i computer.

[Ferrobattuto]

L'idea della scatola in alluminio con dissipatore esterno è buona. Puoi sempre isolarla dal muro montandola su un foglio di plastica, o di vetronite, o sul coperchio della scatola di plastica che già c'è, magari lasciandoci dentro i negativi.
Si, i sezionatori vanno a monte dei diodi. Possono essere messi in una scatola di plastica chiusa.
Di che sezione sono i cavi? All'apparenza sembrano sottili.... Soprattutto i due che scendono e portano il carico di corrente al completo. Spero che siano corti. Conosci la formula per trovare la resistenza dei cavi?
Ho provato prima linux mandrake, poi fedora, poi debian, ma specie quest'ultimo era un po troppo "professionale" per le mie scarse conoscenze. Ubuntu è stata una svolta decisiva.

[badgir]

Piccolo aggiornamento:

Ho preparato la scatola con i diodi. Ho trovato anche un dissipatore nella mia raccolta di pezzi da computer. Il tutto preassemblato si presenta cosi. Mettero la pasta termoconduttiva tra diodi, involucro, coperchio, dissipatore.



Nei fori per i cavi metterò anche una guaina per non lesionare l'isolamento dei cavi.

La scatola va montata in verticale o in orizzontale? Cosa è meglio per il flusso del calore?

Oggi mi è arrivato anche il nuovo inverter da Taiwan. Lo presenterò in un altro posting.

[Ferrobattuto]

I dissipatori è sempre meglio che vengano montati verticalmente, in modo che l'aria possa scorrerci in mezzo.

[badgir]

Aggiornamento:
Puntualmente con l'inizio delle giornate "buie" e dopo settimane di lavoro i nuovi pannelli sono finalmente allacciati.



Era quasi come se avvessi istallato un nuovo impianto. Non solo ho raddoppiato la potenza teorica, da 2300 a 4600 Wp, ma ho colto l'occasione per risistemare anche il quadro generale e, collengando buona parte dei pannelli esistenti in serie anziché in parallelo, ho dovuto rifare anche i collegamenti elettrici.

L'ancoraggio dei pannelli sul tetto si è rivelato piuttosto laborioso. Bisognava scoperchiare per ogniuno dei 12 ganci...



Ho dovuto cambiare rispetto alla configurazione che avevo prefigurato. Anziche mettere 4 stringe con 3 pannelli in serie ciascuna ho dovuto optare per due stringhe da 6 pannelli. Nella descrizione generale dell'inverter ibrido Mppsolar PIP 3024HS c'era scritto "max solar charging output 120A". Con le 4 stringhe sarei arrivato a 42 A, quindi entro il range annunciato. Una volta arrivato l'inverter, nella scheda technica trovo "max PV input current 27A". Quindi non mi rimaneva altro che cambiare le stringhe in modo da non suoperare i 27A, allineando 6 pannelli e aumentanto ovviamente la corrente della serie, da 100V a 200V (il MPPT digerisce fino a 500V). Dei quattro diodi di blocco predisposto nella scatola di alluminio ne uso quindi solo due. E una delle stringhe è composta da 3+3 pannelli con caratteristiche leggermente diverse, anche se minime...



Mi faccio degli schizzi per i collegamenti più complessi. Qui l'interruttore generale per i due campi fotovoltaici e la scatola di giunziuone



...che si presenta così. A sinistra i varistori di protezione.



Misurazione della tensione a vuoto di una stringa...



... e dell'altra.



La scatola dei diodi porta corrente anche all'esterno, ma è collocata in un posto presso irragiungibile, sul tetto. Verso sera sono poco più di 90V, ma oggi, sotto il sole si registravano 190V.



Ora sto mettendo un pò di ordine nel quadro. Ho raggruppato i dispositivi di controllo in una scatola sottotraccia. In alto a destra l'interuttore generale DC, sotto lo staccabatterie, al centro il monitor del BMS. Una volta finito si mette un coperchio e rimangono solo le manopole e i display. ... lavori di finitura nei giorni a venire.


La produzione istantanea si controlla da una app che comunica con l'inverter via Wifi. Novembre è cominciato con una giornata buia, con appena 3 kWh di produzione prevista su ilmeteo.it per la mia zona (per un impianto a 3 kWp). Non ho ancora capito come si legge la produzione giornaliera nella app (non segna niente), ma il SOC della batteria mi dice che oggi è stato prodotto a sufficienza. Impensabile con il vecchio impianto. In una situazione del genere avremmo dovuto ridurre al minimo i consumi per non rimanere al buio la sera.