Rendimento solare rispetto alla capacità della batteria

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Di quanta energia solare avete bisogno e con quale capacità di batteria per coprire le vostre esigenze? Questa domanda si pone ad alcune persone che vogliono semplicemente raggiungere l'autosufficienza del proprio camper o che vogliono realizzare un sistema off-grid per essere indipendenti dalla rete elettrica pubblica (eventualmente inesistente) nelle zone più remote.

Ora, naturalmente, è possibile pianificare una batteria di enorme capacità, ma lo spazio scarseggia, specialmente nello scenario delle applicazioni mobili, e la possibile potenza dei moduli fotovoltaici è limitata a circa 1.200 ... 1.725 Wp, ipotizzando 2 ... 3 moduli da 575 Wp. E anche il peso in termini di numero di batterie non è purtroppo trascurabile, a meno che non si disponga di un veicolo con peso lordo superiore a 7,5 tonnellate e della necessaria patente di guida.

A questo proposito, è quindi importante ridurre al minimo i consumi se si vuole davvero essere autosufficienti. Ma quanto tempo splende il sole nelle rispettive ore del giorno e del mese, nelle varie località geografiche, e quali rendimenti derivano dalla durata media statistica del sole? Le batterie possono essere ricaricate in qualsiasi momento?

Tecnologia ad alta tensione vs. tecnologia a bassa tensione

Le batterie da 12 V sono generalmente conosciute. Le batterie da 24 V sono installate nei camion. Le batterie da 48 V si trovano nei camper, sulle barche e sugli yacht. Sono tutte tecnologie a bassa tensione.

I sistemi ad alta tensione funzionano con tensioni superiori a 60 V CC, ma di solito tra 100 e 200 V CC(!).

Perché queste differenze? Il motivo diventa subito chiaro se si considerano le correnti di flusso: Con il funzionamento dell'inverter e una potenza nominale di 5.000 VA in corrente alternata, le batterie da 12 V assorbono ben 400 A, pari a 62 mm di distanza.² cavo spesso e quindi pesante, solo 4 mm quando si utilizzano batterie da 48 V e 104 A²a 200 V si ottengono ancora 25 A con una sezione di cavo di soli 0,25 mm².

Tuttavia, i cavi relativamente sottili non devono indurre alla disattenzione quando si ha a che fare con tensioni CC elevate: tutti i sistemi che trasportano tensioni CC superiori a 60 V devono essere installati e mantenuti - ESCLUSIVAMENTE - da specialisti qualificati!

I dati dell'inverter da utilizzare in ingresso determinano quindi la configurazione della batteria. Più alta è la tensione di ingresso, ad esempio 48 V invece di 12 V, più basso è il prezzo.

Un inverter da 24 V CC con 5 kVA costa 1.500 euro, mentre la versione da 48 V costa circa 700 euro.

Nella versione ad alta tensione, un inverter trifase da 5 kW con ingresso a 150 V CC costa circa 1.200 euro, mentre un inverter da 8 kW con ingresso a 180 V CC costa circa 1.400 euro.

La versione ad alta tensione è quindi decisamente più economica per l'uso stazionario.

Relatività di ricarica nell'uso mobile

Ora un camper non viene solo parcheggiato, ma anche guidato. Ciò significa che le batterie vengono caricate con l'elettricità dell'alternatore attraverso il booster di ricarica. Naturalmente, questo aspetto è difficile da integrare in un calcolo, poiché i tempi di guida difficilmente possono essere registrati statisticamente e quindi non possono essere inclusi nel calcolo. Ma è bene sapere che...

Di tanto in tanto avrete anche la possibilità di utilizzare un collegamento alla terraferma per caricare le batterie.

Consistenza calcolabile nel campo stazionario

Calcolabile nella misura in cui sono oggi disponibili a livello mondiale dati statistici sufficienti che, tenendo conto di tutti i fattori rilevanti, forniscono informazioni sui rendimenti solari attesi.

L'esperienza dimostra che la teoria e la pratica differiscono nonostante tutte le statistiche, ma è utile per avere un'idea della posizione in cui ci si trova nella pianificazione se si dispone dello spazio x e della capacità della batteria y nella posizione z.

È qui che lo strumento internazionale online PVGIS ( PhotoVoltaic Geografico IOinformazioni S), che è stato sviluppato dall'Istituto di ricerca e sviluppo Commissione europeaCentro Comune di Ricerca, Unità Efficienza Energetica e Rinnovabili, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

IL documentazione dello strumento online, che è anche intuitivo da usare, è molto completo e copre tutte le domande, comprese quelle relative alla comprensione e alla nomenclatura.

Ipotesi del produttore

I produttori di batterie o sistemi di batterie vogliono presentare i loro sistemi in modo positivo e quindi forniscono ai potenziali clienti dati comparativi approssimativi per dare loro un'idea della capacità di accumulo. Ad esempio, l'affermazione: "Il nostro modulo di accumulo da 10 kW è adatto a una famiglia di quattro persone, compreso il funzionamento di una pompa di calore e di un veicolo elettrico".

L'affermazione in quanto tale è persino profondamente falsata, perché il consumo annuale di una famiglia di questo tipo è indicato dai fornitori di elettricità come una media di circa 5 ... 7 kW all'anno. 7 kW all'anno.

Solo il fatto che l'energia immagazzinata e quindi disponibile debba essere reintegrata può mettere in crisi questa ipotesi positiva: in inverno il sole splende naturalmente solo per una frazione dell'orario estivo, il che significa che il rendimento non è affatto vicino al livello di consumo.

La sperimentazione di diversi parametri nello strumento PVGIS sopra citato, che mostra l'influenza della modifica di diversi parametri per una località ipotizzata come esempio, fornisce un po' più di chiarezza.

Esempi di configurazioni e relativi risultati

La geo-localizzazione per tutti gli esempi seguenti è Düsseldorf-Volmerswerth con le coordinate (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

Uso mobile

A causa dello spazio limitato disponibile per i moduli fotovoltaici, si ipotizza l'uso di due moduli da 575 Wp. La capacità della batteria funge da variabile, consentendo periodi più lunghi di bassa irradiazione solare con l'aumento delle dimensioni, ma richiedendo anche periodi più lunghi di sole per completare un ciclo di carica completo.

Il consumo minimo possibile - permanente - è considerato un valore costante che deve essere fornito. Premessa: tutte le utenze che DEVONO essere sempre alimentate in modo affidabile con una potenza sufficiente (ad esempio anche le apparecchiature mediche come i perfusori, la ventilazione, ecc.), così come l'illuminazione, i router e altre utenze vengono sommate e il risultato viene definito come il valore minimo che è disponibile in modo affidabile in ogni momento e in ogni condizione.

Uso stazionario

In questo caso, sia l'area del modulo che la capacità della batteria sono considerate variabili, mentre solo il consumo è considerato statico.

Il consumo giornaliero minimo-massimo determinato dalle letture giornaliere dei contatori durante i mesi invernali può servire come guida approssimativa. Nello scenario minimo, dovrebbe essere garantito il funzionamento degli elettrodomestici che vengono utilizzati in modo permanente o più frequentemente durante il giorno, mentre gli elettrodomestici particolarmente avidi di energia vengono fatti funzionare con cautela. In questo modo si risparmiano risorse finanziarie nella progettazione dell'accumulo.

Lo scenario massimo consente il funzionamento di tutti i dispositivi nella misura consueta, senza alcuna restrizione. Questo sarebbe concepibile come obiettivo opzionale, anche se con l'impiego di un capitale maggiore.

E se...?

Simulazione - Uso mobile

Ipotizzando un'installazione piana dei moduli fotovoltaici (angolo di inclinazione 0°), si ottengono i seguenti dati:

500 Wh di rendimento garantito nei mesi invernali con 1.150 Wp e una capacità della batteria di 1.120 Ah, corrispondente a 14.336 Wh, con una scarica massima di 85 %.

Con prelievi giornalieri superiori a 500 Wh, c'è il rischio che le batterie si scarichino completamente, poiché la radiazione solare giornaliera non è più sufficiente a coprire la carica.

L'aumento a 850 Wh è possibile solo con una capacità della batteria quattro volte superiore e comporta una scarica fino al 71%.

Simulazione - Uso stazionario

In posizione stazionaria, l'angolo di inclinazione è ottimizzato in una posizione rivolta a sud: ciò comporta un aumento della resa fino a 50 %. L'angolo di inclinazione standard è di 35°. Poiché il sole è più basso in inverno, un angolo più ripido di 39° produce una resa maggiore nei mesi invernali. Gli angoli più ripidi, invece, determinano una riduzione della resa.

750 Wh di consumo giornaliero sono possibili con un angolo di inclinazione di 39°, con dati altrimenti identici.

Per fare un confronto, Österby - Gotlands län, Svezia (51.188, 6.749) - qui solo un angolo di inclinazione di 69° porta a un possibile scarico giornaliero di 500 Wh con uno scarico dell'85%.
Riducendo l'angolo di inclinazione a 39°, invece, si ottiene una resa ridotta di soli 10 %.
Nelle aree con un elevato volume di neve, una posizione più ripida ha senso semplicemente perché riduce l'accumulo di neve sui moduli.