I sistemi di accumulo dell'energia fotovoltaica, comunemente indicati come sistemi di accumulo fotovoltaico, comprendono applicazioni che coinvolgono moduli fotovoltaici e apparecchiature correlate come le batterie di accumulo dell'energia. In base alla necessità di connessione alla rete per la vendita di energia, i sistemi di accumulo fotovoltaico possono essere suddivisi in sistemi fotovoltaici off-grid e sistemi fotovoltaici ibridi (grid-connected/off-grid). Qui ci concentriamo su alcune considerazioni sulla progettazione dei sistemi fotovoltaici off-grid.
**Componenti di sistemi fotovoltaici off-grid:**
I sistemi fotovoltaici off-grid sono generalmente costituiti da moduli fotovoltaici, inverter off-grid (inclusi caricabatterie/inverter fotovoltaici), batterie di accumulo dell'energia (piombo acido/gel/piombo-carbone/ioni di litio/litio-ferro fosfato, ecc.), impianti fotovoltaici strutture di montaggio, cavi e scatole di distribuzione. Ogni componente svolge un ruolo cruciale nella funzionalità del sistema fotovoltaico ad isola.
La differenza principale tra i sistemi off-grid e quelli connessi alla rete risiede nei loro obiettivi operativi. Mentre i sistemi connessi alla rete danno priorità ai rendimenti degli investimenti, i sistemi off-grid danno priorità al soddisfacimento delle esigenze di alimentazione di base. Di conseguenza, la selezione dei componenti si concentra su aspetti diversi.
**Considerazioni sui componenti:**
**Moduli Fotovoltaici:**
Inizialmente, i moduli fotovoltaici venivano utilizzati principalmente in sistemi off-grid e impianti fotovoltaici su piccola scala. Tuttavia, con l’adozione diffusa di applicazioni fotovoltaiche connesse alla rete e i progressi annuali nella tecnologia dei moduli, l’efficienza dei moduli fotovoltaici è notevolmente migliorata. Alcune centrali elettriche connesse alla rete su larga scala, in particolare, richiedono moduli più efficienti per massimizzare il ritorno sull’investimento. D’altro canto, i sistemi off-grid hanno in genere spazi disponibili più ampi e requisiti di efficienza meno rigorosi, rendendo i moduli convenzionali la considerazione principale durante la progettazione del sistema.
**Inverter off-grid:**
1. **Considerazione dei carichi CA:**I carichi generalmente rientrano in tre categorie: carichi resistivi (ad esempio illuminazione, riscaldatori), carichi induttivi (ad esempio condizionatori d'aria, motori) e carichi capacitivi (ad esempio alimentatori di computer). In particolare, la corrente di avvio richiesta dai carichi induttivi è generalmente da tre a cinque volte la corrente nominale. Gli inverter ad isola con capacità di sovraccarico a breve termine del 150%-200% potrebbero non essere sufficienti per carichi induttivi, richiedendo considerazioni speciali per la capacità dell'inverter (gli inverter ad isola collegati a carichi induttivi dovrebbero avere una capacità di progettazione del sistema almeno doppia rispetto al carico induttivo) . Ad esempio, nei progetti in cui gli inverter off-grid azionano condizionatori d'aria 2P (2*750 W), per il normale funzionamento si consigliano inverter con una potenza nominale di 3 KVA o superiore.
2. **Considerazione del lato CC:**Gli inverter off-grid incorporano tipicamente caricabatterie fotovoltaici, disponibili in due tipi: MPPT e PWM. Con i progressi tecnologici, i caricabatterie PWM vengono gradualmente eliminati a favore dei caricabatterie MPPT.
3. **Altre considerazioni:**Oltre ai due metodi di selezione sopra indicati, sul mercato sono disponibili numerose formule di calcolo. Tuttavia, l'approccio generale è il seguente: 1) Determinare la potenza nominale dell'inverter di rete ad isola in base alle dimensioni e al tipo di carichi; 2) Determinare il valore in kWh del pacco batterie di accumulo in base alla durata di scarica richiesta dai carichi; 3) Determinare la potenza del caricabatterie in base alle condizioni di luce solare locale e ai requisiti di tempo di ricarica (ad esempio, richiedendo una ricarica completa entro un giorno medio).
**Batterie per l'accumulo di energia:**
1. **Batterie al piombo/gel:**I sistemi di accumulo dell’energia in genere optano per batterie al piombo sigillate esenti da manutenzione per ridurre la manutenzione post-installazione. Con 150 anni di sviluppo, le batterie al piombo vantano vantaggi significativi in termini di stabilità, sicurezza ed efficienza dei costi. Non sono solo il tipo di batteria più utilizzato nelle applicazioni di accumulo di energia, ma anche la scelta preferita per i sistemi fotovoltaici off-grid.
2. **Batterie al piombo-carbone:**Evoluta dalle tradizionali batterie al piombo-acido, la tecnologia al piombo-carbone prevede l'aggiunta di carbone attivo all'elettrodo negativo delle batterie al piombo-acido, prolungandone significativamente la durata. Tuttavia, essendo una tecnologia più recente rispetto alle batterie al piombo-acido, le batterie al piombo-carbone hanno un costo leggermente più elevato.
3. **Batterie agli ioni di litio/litio ferro fosfato:**Rispetto ai tipi di batterie sopra menzionati, le batterie agli ioni di litio offrono una maggiore densità di potenza, più cicli di carica-scarica e una migliore profondità di scarica. Tuttavia, a causa della necessità di una tecnologia aggiuntiva di gestione della batteria (BMS), il costo di sistema delle batterie agli ioni di litio/litio-ferro-fosfato è generalmente 2-3 volte quello delle batterie al piombo-acido. Inoltre, la loro stabilità termica è leggermente inferiore a quella delle batterie al piombo-acido/piombo-carbone. Di conseguenza, la loro applicazione nei sistemi fotovoltaici off-grid è relativamente bassa. Tuttavia, con i progressi tecnologici, la quota di mercato delle batterie agli ioni di litio/litio-ferro-fosfato sta gradualmente aumentando, indicando una nuova tendenza nella loro applicazione.
**Conclusione:**
In sintesi, abbiamo fornito una breve introduzione alle applicazioni di base dei sistemi di accumulo dell'energia fotovoltaica, in particolare dei sistemi fotovoltaici off-grid, e offerto alcuni consigli per la selezione delle apparecchiature di base. Queste informazioni servono come riferimento per i professionisti del settore fotovoltaico.
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Orario di pubblicazione: 30 gennaio 2024
