Come Progettare l’Impianto Fotovoltaico in Casa?


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La guida definitiva su come progettare in casa un impianto fotovoltaico off-grid, dimensionare le batterie, scegliere il pannello solare e l'inverter.

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In questa breve guida ti vorrei suggerire i punti essenziali su come progettare un impianto fotovoltaico ed eseguirne il suo dimensionamento.

Molto spesso si parla di pannelli solari, conto energia, ma l’idea di un impianto solare in casa continua ad essere considerato con un certo distacco, qualcosa di astratto sia per difficoltà tecniche, sia per il fatto che non si riesce ad ottenere indicazioni precise sui costi effettivi e sui vantaggi.

Con questa guida ti mostrerò anche alcuni semplici calcoli necessari per il dimensionamento, fino ad arrivare a calcolare i vantaggi economici.


L’obiettivo è dimostrare che si tratta di qualcosa alla portata di tutti e che non sono necessari grossi investimenti, come spesso invece si pensa.

Inoltre vedremo come è possibile pensare ad un impianto misto, realizzabile anche in appartamento in città, avendo da subito benefici economici.

Abbiamo davanti a noi due possibilità di progettazione di un impianto fotovoltaico:

  • grid-connected o connesso – per produrre energia che immettiamo direttamente rete elettrica

  • alone o isolato – per produrre energia personale che accumuleremo in batterie in casa

Oggi ci concentreremo su quest’ultimo caso, dove l’indipendenza può essere totale o parziale:

– Indipendenza totale significa che produciamo abbastanza energia da essere completamente autonomi;

– Indipendenza parziale indica che dividiamo l’impianto elettrico di casa in due sezioni: una alimentata da noi e l’altra alimentata dal pannello solare. Per esempio possiamo concentrarci solo sull’illuminazione domestica, realizzando un mini impianto solare, noi vi consigliamo questa seconda scelta.

 

Elementi e collegamenti dell’impianto fotovoltaico

schizzo collegamenti impianto fotovoltaico

Schema degli elementi e collegamenti in un impianto fotovoltaico

 

Nello schema troviamo 4 elementi fondamentali:

  • il pannello fotovoltaico (chiamato erroneamente solare)
  • la batteria
  • il regolatore di carica
  •  l’inverter

Il pannello fotovoltaico produce energia elettrica dai raggi provenienti dal Sole, esso solitamente lavora a bassa tensione 12V o multipli 24V, etc…

La corrente prodotta di continuo quando il pannello è colpito dai raggi solari viene accumulata nella batteria, per questo motivo è necessario inserire un controllore o regolatore di carica tra la batteria ed il pannello perché occorre interrompere la ricarica della batteria una volta che questa diventa carica.

Infine, l’inverter innalza la tensione a 220V portandola da corrente continua uscente dal pannello fotovoltaico a corrente alternata.

In questo modo sarà possibile collegare tutti i nostri dispositivi elettronici di casa.

Cenni teorici: ENERGIA e POTENZA

 

I dispositivi elettronici sono caratterizzati dal consumo espresso in Watt che indica la potenza necessaria ad accenderlo.

Utilizzeremo come grandezza di riferimento la potenza, questo comporta molti vantaggi sia nello svolgimento dei calcoli che nel nostro ragionamento:

Le potenze si sommano e sono indipendenti da tensione e corrente

Una lampadina da 100W consuma 100W per ogni ora in cui è accesa.

Accenderne un’altra porta ad un consumo totale di 200W, anche se la prima funziona a 220V e la seconda a 12V.

spiegazione potenza watt

Per progettare un impianto fotovoltaico casalingo dobbiamo sapere il fabbisogno giornaliero medio di energia.

Come si fa allora ad:

individuare il fabbisogno di energia della nostra casa?

Dobbiamo prima capire come passare dalla potenza all’energia (o lavoro).
Possiamo leggere l’energia come la misura della capacità della potenza.

Quanta energia serve per tenere accesa la lampadina di prima?

Dipende dal tempo che essa deve rimanere accesa! Se la vogliamo accesa per un’ora dobbiamo fornire 100W per un’ora, cioè:

100 [Watt] x 1 [ora] = 100 [Wh]

Il Watt/ora o Wh è una grandezza familiare in quanto presente nella bolletta della corrente.
La capacità delle batterie è  espressa in Ah (Ampere/ora). Ricordiamo che dalla:

Legge di Ohm: Watt = Volt x Ampere

Esempio:

batteria di una macchina da 12V e 45 Ah ha una capacità di 12V × 45Ah = 540Wh

Con tale batteria possiamo tenere accesa la lampadina di prima per:

durata 1 lampadina accesa:  540 / 100 = 5,4 ore

 [capacità batteria / potenza assorbita dalla lampadina]

oppure due lampadine per:

durata 2 lampadine accese:  540 / 200 = 2,7 ore

[capacità batteria / potenza assorbita dalle lampadine]

Ultimo passaggio: la batteria deve essere caricata ovviamente tramite il nostro pannello solare. Se considero di tenere in carica la batteria per 10 ore, dovrò avere un caricatore o pannello solare in grado di erogare:

540 Wh /10 ore = 54 Watt costanti per tutte le 10 ore

[capacità batteria / tempo di ricarica]

 

Dimensionamento dell’impianto fotovoltaico

Nel progettare un impianto fotovoltaico casalingo dobbiamo scegliere l’opportuno dimensionamento dell’impianto, e per farlo dobbiamo dimensionare 3 elementi:

  • energia richiesta: il nostro consumo che vogliamo coprire
  • potenza del pannello solare
  • capacità della batteria

Obiettivo:

progettare un impianto fotovoltaico per la sola illuminazione casalinga

Dobbiamo calcolare il nostro consumo o fabbisogno giornaliero, in base a quanto tempo e a quante luci teniamo accese durante il giorno.

Consideriamo il caso peggiore quando durante i mesi invernali dobbiamo tenere le luci accese per più tempo.
Stanza per stanza, stimiamo il tempo in cui la luce resta accesa.

Esempio:

  • cucina 1 ora la mattina e 2 la sera
  • camera 1 ora mattina e 2 ore la sera
  • bagno: 1 ora
  • salotto: 5 ore la sera

Ipotizzando tutte lampadine da 100 Watt, con un totale di 12 ore di luce usata in casa si hanno 1200Wh = 1,2kWh.

Come ridurre i consumi di illuminazione?

Semplice! Sostituiamo le lampadine ad incandescenza a 100W con lampade a risparmio energetico da 20 Watt. Con questo valore il nuovo fabbisogno giornaliero di energia sarà solo di 240Wh (20 Watt x 12 ore).

 

Come scegliere il pannello fotovoltaico

Nel progettare un impianto fotovoltaico il pannello solare deve essere in grado di fornire l’energia richiesta, nel nostro caso 240 Wh. Se consideriamo che il funzionamento del pannello solare è concentrato in 8 ore di sole, la potenza che dovrà erogare sarà di:

Potenza pannello solare: 240/8 = 30 Watt

[fabbisogno energetico di luce / ore di sole]

Capacità della batteria

La capacità della batteria dovrà essere almeno pari all’energia che abbiamo calcolato prima per il fabbisogno di luce della nostra casa (240Wh).

Possiamo però fare alcuni miglioramenti

Dato che il consumo da lunedì al venerdì e nei week end è differente, giocando sulla capacità della batteria non avremo bisogno di dimensionare i pannelli fotovoltaici per il caso peggiore.

Immaginiamo di utilizzare un pannello solare da 40Watt.
Durante i 5 giorni della settimana avremo un bilancio di capacità:

40Watt × 8 ore = 320 Wh prodotti dal pannello – 240 Wh consumati

 surplus energia/giorno = 80 Wh

Avrò ogni giorno un avanzo di 80Wh prodotti in più e non consumati che si accumulano nella batteria se opportunamente dimensionata.

Come sfruttare il surplus energetico?

Al sabato mattina avremo una capacità di 80Watt × 5 ore sole = 400 Wh.
Pensiamo a questi 400 Wh di surplus distribuiti 200 il sabato e altri 200 la domenica.

Con questa considerazione la capacità della batteria sarà di:

240Wh [capacità minima] + 400 [energia di surplus] = 640 Wh

Poiché le batterie sono a 12Volt:

640/12 = 53,3 Ah

Quindi ne compreremo una batteria da 60 Ah.

 

Dimensionamento inverter

Infine, nel progettare un impianto fotovoltaico se il nostro obiettivo è solo l’illuminazione della casa potremo utilizzare lampadine da 12 Volt, ed in tal caso l’inverter non è necessario.

Altrimenti, se usiamo le normali lampadine di casa a 220 Volt dovremo usare l’inverter, e la sua dimensione dovrà essere almeno pari al carico istantaneo espresso in Watt, dato dalla somma delle potenze di tutte le lampadine di casa.

 

In sintesi

Pannello solare 40W 170 €
Batteria 60Ah 90 €
Controllore di carica: 30 €
Spesa totale: 290 €

Al totale sottraiamo il 55% dovuto alla detrazione dei redditi per l’acquisto di materiali ecosostenibili.

Avremo una spesa reale di 130 €.

 

Risparmio in bolletta

Se consideriamo il costo medio attuale di 0,25 € al kWh, il risparmio sarà di:

1,2  kWh x 0.25 €/KWh x 365 giorni = 109,5 euro/anno

[Con lampade a incadescenza]


0.240 KWh x 0.25 /KWh x 365 giorni = 21,9 euro/anno

[Con lampade a risparmio]

Questo calcolo ci fornisce quanto dovremo spendere in bolletta per la sola accensione delle luci di casa, e quindi se noi utilizziamo la soluzione proposta con pannelli solari, rappresenterà il risparmio che avremo ottenuto.

In poco più di un anno ripagheremo il nostro investimento, e avremo energia gratis dal sole con cui potremo illuminare tutta la nostra casa.

Il pannello solare da 40W ha le dimensioni di un poster (62×53 cm) ed è installabile con un’inclinazione intorno ai 30 gradi su un qualsiasi balcone con orientamento a SUD.

Per realizzare l’impianto finalizzato alla sola illuminazione casalinga si deve intervenire sull’impianto elettrico di casa isolando la zona.

Negli impianti di nuova costruzione il sezionamento è quasi sicuramente già fatto, altrimenti si deve intervenire stanza per stanza.
Molto spesso si parla di pannelli solari, conto energia, ma l’idea di un impianto solare in casa continua ad essere considerato con un certo distacco, qualcosa di astratto sia per difficoltà tecniche, sia per il fatto che non si riesce ad ottenere indicazioni precise sui costi effettivi e sui vantaggi.

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41 Commenti

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  34. Francesco 2 maggio 2012
    • ecoglobo 23 maggio 2012
  35. Marco 27 marzo 2012

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