Come realizzare un impianto fotovoltaico autonomo per illuminare e riscaldare la tua casa
In un periodo tutto mirato ad uno sviluppo sostenibile del pianeta, l’utilizzo di fonti rinnovabili ed ecologiche di energia assume una primaria importanza. L’installazione di un impianto fotovoltaico autonomo potrebbe essere una soluzione green oltre che molto conveniente.
Un sistema fotovoltaico autonomo è composto da un certo numero di moduli fotovoltaici (cosiddetti pannelli) generalmente da 12 volt con uscite di potenza comprese tra 50 e 100+ watt ciascuno. Questi moduli fotovoltaici vengono quindi combinati in un unico array per fornire la potenza di uscita desiderata per l’impianto.
Un semplice sistema fotovoltaico autonomo è un sistema alimentato ad energia solare automatico che produce energia elettrica per caricare banchi di batterie durante il giorno. In tal modo l’energia immagazzinata può essere utilizzata anche di notte, quando l’energia del sole non è disponibile. Un sistema fotovoltaico autonomo domestico o rurale di piccole dimensioni utilizza delle batterie ricaricabili per immagazzinare l’energia elettrica fornita dai pannelli fotovoltaici.
I sistemi fotovoltaici autonomi sono perfetti per alimentare strutture in aree rurali lontane dalla comune rete elettrica e in altre situazioni in cui altre fonti di alimentazione sono impraticabili o non sono disponibili per fornire energia per illuminazione, elettrodomestici e altri usi.
In questi casi, è più conveniente installare un singolo sistema fotovoltaico autonomo piuttosto che pagare i costi per l’estensione delle linee elettriche e dei cavi da parte dell’azienda elettrica locale per portare il servizio direttamente a casa come parte di un sistema fotovoltaico connesso alla rete .
Un sistema fotovoltaico autonomo è un sistema elettrico costituito da: un array di uno o più pannelli solari, dai conduttori, dai componenti elettrici e uno o più carichi.
Ma un sistema solare off-grid su piccola scala non dovrebbe essere collegato a un tetto o a strutture edilizie per applicazioni domestiche. La maggior parte dei sistemi solari off-grid vengono utilizzati per alimentare camper, camper, barche, tende, campeggi e qualsiasi altro luogo remoto. Molte aziende come Amazon ora offrono kit solari portatili che permettono di fornire l’energia elettrica necessaria, in modo affidabile e gratuito, ovunque tu vada, anche in luoghi remoto e molto difficili da raggiungere per la comune rete elettrica.
Indice dei contenuti
Sistema fotovoltaico autonomo semplificato
Il componente più importante e costoso di tutto il sistema fotovoltaico autonomo è l’array solare costituito dai veri e propri pannelli solari. A seconda della quantità di energia richiesta per l’impianto da alimentare saranno necessari uno o più pannelli e alcuni altri componenti.
Vediamo quindi assieme quali sono i componenti di un impianto fotovoltaico autonomo.
Il regolatore di carica
Il regolatore di carica si occupa di regolare e controllare l’uscita dai pannelli solari al fine di evitare che le batterie vengano caricate eccessivamente (ma anche, al contrario, scaricate eccessivamente) dissipando la potenza in eccesso generata in una resistenza di carico.
Anche se i regolatori di carica all’interno di un sistema fotovoltaico autonomo sono opzionali, è buna regola dotarne l’impianto per motivi di sicurezza. Un regolatore di carica, noto anche come regolatore di carica, è collegato tra i pannelli solari e le batterie. Il regolatore di carica garantisce che la massima potenza dei pannelli solari o dell’array sia diretta a caricare le batterie senza sovraccaricarle o danneggiarle.
Tali regolatori, una volta integrati nell’impianto, funzionano automaticamente. La maggior parte dei regolatori di carica disponibili in commercio sono dotati di un display digitale, il quale mostra quanta potenza è stata creata in qualsiasi momento, lo stato di carica delle batterie e le impostazioni programmabili, per scaricare le batterie in un carico fittizio resistivo per ridurre al minimo le possibilità di solfatazione delle celle della batteria prolungando la durata della batteria.
Le batterie
Le batterie, possono essere opzionali a seconda a seconda delle esigenze dell’impianto, ma sono un elemento molto importante in qualsiasi sistema fotovoltaico autonomo. Le batterie vengono utilizzate per immagazzinare l’elettricità prodotta dall’energia solare per la notte o per l’uso di emergenza durante il giorno.
A seconda della tipologia e delle dimensioni dell’impianto, dei pannelli solari utilizzati e delle apparecchiature che si desidera alimentare ed allacciare allo stesso, i banchi di batterie possono essere di 12V, 24V o 48V e riuscire ad erogare molte centinaia di ampere in totale.
Le batterie sono un elemento importante e il cuore di qualsiasi sistema di energia solare autonomo, sia che si tratti di un sistema che utilizza una vasta gamma di pannelli per alimentare una intera casa in campagna, o di un piccolo sistema solare utilizzato per illuminare il giardino, il patio o il garage.
Le batterie sono indispensabili a causa della natura incostante dell’energia fornita dai pannelli fotovoltaici o dall’intero array e servono a convertire l’energia elettrica in energia chimica immagazzinata e pronta da utilizzare in qualsiasi momento.
Durante le ore di sole, l’impianto fotovoltaico viene alimentato direttamente dai raggi solari che battono sui pannelli, mentre l’energia elettrica in eccesso viene immagazzinata nelle batterie per essere resa disponibile in altre ore della giornata, nei giorni più freddi e cuoi e durante la notte. Durante la notte, infatti, o durante un periodo di basso irraggiamento solare, come una giornata nuvolosa e piovosa, l’energia viene fornita al carico dalla batteria. Pertanto, l’accumulo della batteria consente di far funzionare un sistema fotovoltaico autonomo quando i pannelli solari non producono abbastanza energia da soli con le dimensioni dell’accumulo della batteria legate al consumo elettrico.
Esistono fondamentalmente due tipi di batterie utilizzate per l’accumulo di energia solare:
- batterie a ciclo profondo
- batterie a ciclo superficiale.
Le batterie al piombo acido a ciclo profondo vengono generalmente utilizzate per immagazzinare l’energia solare generata dai pannelli fotovoltaici e quindi scaricarla quando è richiesta energia. Le batterie a ciclo profondo non sono solo ricaricabili, ma sono progettate per essere scaricate ripetutamente quasi fino a una carica molto bassa.
Costituite da solide piastre di piombo, non è raro che le batterie a ciclo profondo si svuotino fino al 20% della loro capacità totale prima che l’energia cessi di fluire dalla batteria o che il regolatore di carica le scolleghi dal sistema solare. Le batterie solari a ciclo profondo sono utilizzate nella maggior parte dei veicoli elettrici come golf cart e carrelli elevatori.
Le batterie a ciclo profondo sono progettate idealmente per immagazzinare l’energia generata da un sistema fotovoltaico autonomo e quindi essere utilizzate per l’energia su base giornaliera e costante.
In alcuni piccoli sistemi autonomi a bassa tensione, l’alimentazione della batteria a 12 o 24 volt può essere utilizzata direttamente, ma ciò richiede l’uso di elettrodomestici e illuminazione progettati per corrente continua a bassa tensione. L’uso delle batterie consente al sistema di produrre energia utilizzabile anche se non c’è abbastanza luce per il funzionamento delle celle fotovoltaiche.
I fusibili e gli interruttori di isolamento
I fusibili consentono di proteggere gli impianti fotovoltaici da cortocircuiti accidentali dei cavi, consentendo di disattivare l’alimentazione dei moduli fotovoltaici e del sistema quando non richiesto, risparmiando energia e migliorando la durata della batteria.
L’inverter
L’inverter può essere un’altra unità opzionale in un sistema autonomo. Gli inverter vengono utilizzati per convertire l’alimentazione a corrente continua (CC) da 12 V, 24 V o 48 Volt generata dall’array solare e immagazzinata dalle batterie in elettricità a corrente alternata (CA) e potenza di 120 V CA o 240 V CA per l’uso in casa per alimentare la rete CA elettrodomestici come televisori, lavatrici, congelatori, ecc.
Il cablaggio dell’impianto
E’ il componente finale richiesto in un sistema solare fotovoltaico e servono a collegare fra loro i vari componenti dell’impianto ed trasportare l’energia fino ai punti di illuminazione ad agli altri apparecchi utilizzatori. I cavi devono essere scelti e calcolati accuratamente tenendo presente i requisiti di tensione e alimentazione dell’intero impianto.
