I sistemi di accumulo di energia fotovoltaica, comunemente noti come sistemi di accumulo FV, comprendono applicazioni che coinvolgono moduli fotovoltaici e apparecchiature correlate, come le batterie di accumulo. In base alla necessità di connessione alla rete per la vendita di energia, i sistemi di accumulo FV possono essere suddivisi in sistemi FV off-grid e sistemi FV ibridi (connessi alla rete/off-grid). In questo articolo, ci concentreremo su alcune considerazioni progettuali per i sistemi FV off-grid.
**Componenti dei sistemi fotovoltaici fuori rete:**
Gli impianti fotovoltaici off-grid sono in genere costituiti da moduli fotovoltaici, inverter off-grid (inclusi caricabatterie/inverter), batterie di accumulo (piombo-acido/gel/piombo-carbone/ioni di litio/litio-ferro-fosfato, ecc.), strutture di montaggio, cavi e scatole di distribuzione. Ogni componente svolge un ruolo cruciale per il funzionamento dell'impianto fotovoltaico off-grid.
La differenza principale tra sistemi off-grid e grid-connected risiede nei loro obiettivi operativi. Mentre i sistemi grid-connected danno priorità al ritorno sull'investimento, i sistemi off-grid privilegiano il 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 in impianti fotovoltaici di piccole dimensioni. Tuttavia, con la diffusione delle applicazioni fotovoltaiche connesse alla rete e i progressi tecnologici annuali, l'efficienza dei moduli fotovoltaici è notevolmente migliorata. In particolare, alcune centrali elettriche di grandi dimensioni connesse alla rete richiedono moduli più efficienti per massimizzare il ritorno sull'investimento. D'altro canto, i sistemi off-grid dispongono in genere di spazi disponibili più ampi e requisiti di efficienza meno rigorosi, rendendo i moduli convenzionali la considerazione primaria durante la progettazione del sistema.
**Inverter fuori rete:**
1. **Considerazione dei carichi CA:**I carichi rientrano generalmente in tre categorie: carichi resistivi (ad esempio, illuminazione, riscaldatori), carichi induttivi (ad esempio, condizionatori d'aria, motori) e carichi capacitivi (ad esempio, alimentatori per computer). In particolare, la corrente di avviamento richiesta dai carichi induttivi è in genere da tre a cinque volte la corrente nominale. Gli inverter off-grid con una capacità di sovraccarico a breve termine del 150%-200% potrebbero non essere sufficienti per i carichi induttivi, richiedendo considerazioni speciali per la capacità dell'inverter (gli inverter off-grid collegati a carichi induttivi dovrebbero avere una capacità di progetto del sistema almeno doppia rispetto al carico induttivo). Ad esempio, nei progetti in cui gli inverter off-grid alimentano condizionatori d'aria 2P (2*750W), si raccomandano inverter con una potenza nominale di 3 kVA o superiore per il normale funzionamento.
2. **Considerazione del lato CC:**Gli inverter off-grid in genere incorporano caricabatterie fotovoltaici, disponibili in due tipologie: MPPT e PWM. Con il progresso tecnologico, i caricabatterie PWM stanno gradualmente sostituendo quelli MPPT.
3. **Altre considerazioni:**Oltre ai due metodi di selezione sopra descritti, sono disponibili sul mercato numerose formule di calcolo. Tuttavia, l'approccio generale è il seguente: 1) Determinare la potenza nominale dell'inverter off-grid 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 irraggiamento solare locale e ai requisiti di tempo di ricarica (ad esempio, richiedendo una ricarica completa in un giorno medio).
**Batterie per l'accumulo di energia:**
1. **Batterie al piombo-acido/gel:**I sistemi di accumulo di energia optano in genere per batterie al piombo sigillate esenti da manutenzione per ridurre gli interventi di manutenzione post-installazione. Con 150 anni di sviluppo, le batterie al piombo vantano vantaggi significativi in termini di stabilità, sicurezza ed economicità. 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 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 superiore.
3. **Batterie agli ioni di litio/litio ferro fosfato:**Rispetto alle tipologie di batterie sopra menzionate, 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 di gestione della batteria (BMS) aggiuntiva, il costo di sistema delle batterie agli ioni di litio/litio-ferro-fosfato è generalmente 2-3 volte superiore a quello delle batterie al piombo-acido. Inoltre, la loro stabilità termica è leggermente inferiore a quella delle batterie al piombo-acido/piombo-carbonio. Di conseguenza, la loro applicazione negli impianti fotovoltaici off-grid è relativamente bassa. Ciononostante, 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 di energia fotovoltaica, in particolare dei sistemi fotovoltaici off-grid, e offerto alcuni consigli per la scelta delle apparecchiature di base. Queste informazioni servono da riferimento per i professionisti del settore fotovoltaico.
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Data di pubblicazione: 30-01-2024
