La procedura per il calcolo dell'impianto fotovoltaico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il calcolo di un impianto fotovoltaico può essere suddiviso nei seguenti passaggi:

• Determinazione del carico e dell'energia consumata.
• Determinazione della potenza dell'inverter richiesta e della capacità della batteria.
• Determinazione del numero richiesto di moduli fotovoltaici in base ai dati relativi all'arrivo della radiazione solare nel luogo di installazione del sistema.
• Calcolo del costo del sistema.

Dopo aver completato il passaggio 4, se il costo del sistema è inaccettabilmente elevato, è possibile prendere in considerazione le seguenti opzioni per ridurre il costo di un sistema di alimentazione autonomo: ridurre il consumo energetico sostituendo il carico esistente con apparecchi ad alta efficienza energetica, nonché eliminando carico termico, “fantasma” e non necessario (è possibile ad esempio utilizzare frigoriferi, condizionatori, ecc., funzionanti a gas):

• sostituzione di un carico CA con un carico CC. In questo caso potrete beneficiare dell'assenza di perdite nell'inverter (dal 10 al 40%). Tuttavia, è necessario tenere conto delle caratteristiche progettuali dei sistemi CC a bassa tensione;
• introduzione di un ulteriore generatore di elettricità o turbina eolica, generatore diesel-benzina nel sistema di alimentazione;
• accetta il fatto che non avrai sempre l'elettricità. Inoltre, quanto più l'alimentazione del sistema differisce dal consumo energetico, tanto più è probabile che si verifichino periodi di assenza di alimentazione.

1. Determinazione del consumo di energia

Fai un elenco dei dispositivi di consumo di elettricità che alimenterai dalla centrale solare. Determinare il consumo energetico durante il loro funzionamento. La maggior parte dei dispositivi sono etichettati con il consumo energetico nominale in Watt o kiloWatt. Se viene indicato il consumo di corrente, è necessario moltiplicare questa corrente per la tensione nominale (solitamente 220 V).

Calcolare il carico CA. Se non disponi di tale carico, puoi saltare questo passaggio e passare al calcolo del carico CC.

1.1. Elenca tutti i carichi CA, la potenza nominale e il numero di ore di funzionamento settimanali. Moltiplicare la potenza per il numero di ore di funzionamento di ciascun apparecchio. Aggiungi i valori risultanti per determinare il consumo totale di energia AC a settimana.

Ecco un semplice metodo passo passo per calcolare un sistema fotovoltaico (PVS). Questo metodo aiuterà a determinare i requisiti di sistema e a selezionare i componenti del sistema elettrico richiesti.

1.2. Successivamente, è necessario calcolare la quantità di energia CC richiesta. Per fare ciò, moltiplicare il valore risultante per un fattore 1,2, che tiene conto delle perdite nell'inverter.

1.3. Determinare il valore della tensione di ingresso dell'inverter in base alle caratteristiche dell'inverter selezionato. Di solito è 12 o 24 V.

1.4. Dividere il valore della clausola 1.2 per il valore della clausola 1.3. Riceverai il numero di Amp-ora settimanali necessarie per coprire il tuo carico CA.

Calcola il carico CC.

1.5. Registrare i dati di carico CC.

1.6. Determinare la tensione nel sistema DC. Solitamente è 12 o 24 V. (Come paragrafo 1.3)

1.7. Determinare il numero richiesto di A*h a settimana per un carico CC (dividere il valore nella clausola 1.5 per il valore nella clausola 1.6).

1.8. Aggiungere il valore della clausola 1.4 e della clausola 1.7 per determinare la capacità totale richiesta della batteria. Questo sarà il numero di Ah consumati a settimana.

1.9. Dividere il valore della clausola 1.8 per 7 giorni; riceverai il valore giornaliero degli Ah consumati.

2. Ottimizza il carico

In questa fase è importante analizzare il carico e cercare di ridurre il consumo energetico. Questo è importante per qualsiasi sistema, ma è particolarmente importante per un sistema elettrico residenziale, poiché il risparmio può essere molto significativo. Per prima cosa individua i carichi grandi e variabili (ad esempio pompe dell'acqua, illuminazione esterna, frigoriferi AC, lavatrice, stufe elettriche, ecc.) e prova a eliminarli dal tuo impianto o a sostituirli con altri modelli simili alimentati a gas o a corrente continua.

Il costo iniziale degli apparecchi DC è solitamente più alto (perché non vengono prodotti in quantità così grandi) rispetto agli stessi apparecchi AC, ma eviterai perdite nell'inverter. Inoltre, gli apparecchi CC sono spesso più efficienti di quelli CA (molti elettrodomestici, soprattutto quelli elettronici, convertono la corrente alternata in corrente continua, il che porta a perdite di energia negli alimentatori dell'apparecchio).

Sostituisci le lampadine a incandescenza con lampadine fluorescenti ove possibile. Le lampade fluorescenti forniscono lo stesso livello di illuminazione consumando 4-5 volte meno elettricità e la loro durata è circa 8 volte più lunga.

Se hai un carico che non puoi eliminare, valuta di eseguirlo solo durante i periodi soleggiati o solo in estate. Rivedi l'elenco dei carichi di lavoro e ricalcola i dati.

3. Determinare i parametri della batteria (AB)

Seleziona il tipo di batteria che utilizzerai. Raccomandiamo l'utilizzo di batterie termiche al piombo-acido esenti da manutenzione, che presentano i migliori parametri operativi ed economici.

Successivamente, è necessario determinare la quantità di energia necessaria per ottenere dalla batteria. Questo è spesso determinato dal numero di giorni durante i quali la batteria alimenterà il carico da sola senza ricaricarsi. Oltre a questo parametro, è necessario tenere conto della natura del sistema di alimentazione. Ad esempio, se stai installando un impianto per la tua casa di campagna che visiti solo nei fine settimana, è meglio installare una batteria più grande perché può caricarsi tutta la settimana e rilasciare energia solo nei fine settimana. D'altra parte, se si aggiungono moduli fotovoltaici a un sistema di alimentazione esistente basato su un generatore diesel o a gas, la batteria potrebbe avere una capacità inferiore a quella progettata perché il generatore potrebbe essere acceso per ricaricare la batteria in qualsiasi momento.

Dopo aver determinato la capacità della batteria richiesta. Puoi procedere considerando i seguenti parametri molto importanti.

3.1. Determinare il numero massimo di “giorni senza sole” consecutivi (ovvero quando l’energia solare è insufficiente per caricare la batteria e far funzionare il carico a causa del maltempo o della copertura nuvolosa). Puoi anche prendere questo parametro come il numero di volte selezionato, durante le quali la batteria alimenterà il carico da sola senza ricaricarsi.

3.2. Moltiplicare il consumo giornaliero in A*h (vedi paragrafo 1.9 di calcolo dei consumi energetici sopra) per il numero di giorni determinati nel paragrafo precedente

3.3. Impostare il valore della profondità di scarica AB ammissibile. Tieni presente che maggiore è la profondità di scarica, più velocemente le batterie si scaricheranno. Consigliamo una profondità di scarica del 20% (non più del 30%), il che significa che puoi utilizzare il 20% della capacità nominale della batteria. Utilizzare i coefficienti (o 0,3). In nessun caso lo scaricamento della batteria deve superare l'80%!

3.4. Dividere la voce 3.2 per la voce 3.3.

3.5. Selezionare un coefficiente dalla tabella sottostante, che tenga conto della temperatura ambiente nella stanza in cui sono installate le batterie. Di solito, questa è la temperatura media in inverno. Questo coefficiente tiene conto della diminuzione della capacità della batteria al diminuire della temperatura.

Coefficiente di temperatura per la batteria:

3.6. Moltiplicare il valore della voce 3.4 per il coefficiente della voce 3.5. Otterrai la capacità totale della batteria richiesta.

3.7. Dividi questo valore per la capacità nominale della batteria scelta. Arrotondare il valore risultante all'intero più vicino. Questo sarà il numero di batterie che verranno collegate in parallelo.

3.8. Dividere la tensione CC nominale del sistema (12, 24 o 48 V) per la tensione nominale della batteria selezionata (tipicamente 2, 6 o 12 V). Arrotondare il valore risultante all'intero più vicino. Otterrai il valore delle batterie collegate in serie.

3.9. Moltiplicare il valore della voce 3.7 per il valore della voce 3.8. per calcolare il numero richiesto di batterie.

4. Determinare il numero di ore di picco del sole.

Diversi fattori influenzano la quantità di energia solare che il tuo pannello solare accetterà:

• quando verrà utilizzato il sistema? Estate? In inverno? Tutto l'anno?
• condizioni meteorologiche tipiche della tua zona:
• se il sistema sarà guidato dal sole;
• posizione e angolo di inclinazione dei moduli fotovoltaici.

Per determinare la radiazione solare media mensile è possibile utilizzare la tabella. La produzione di elettricità da una cella solare fotovoltaica (PV) dipende dall'angolo di incidenza dei raggi del sole sul fotovoltaico. Il massimo si verifica con un angolo di 90 gradi. Quando si devia da questo angolo, un numero crescente di raggi viene riflesso anziché assorbito dal sistema solare.

In inverno, la quantità di radiazione ricevuta è significativamente inferiore perché le giornate sono più brevi, ci sono più giornate nuvolose e il sole è più basso nel cielo. Se utilizzi l'impianto solo nel periodo estivo utilizza i valori estivi, se tutto l'anno utilizza i valori invernali. Per un'alimentazione elettrica affidabile, scegliere il valore più basso tra i valori medi mensili per il periodo durante il quale verrà utilizzato l'impianto solare.

La media mensile selezionata per il mese peggiore deve essere divisa per i giorni del mese. Riceverai il numero medio mensile di ore di sole di punta, che verrà utilizzato per calcolare il tuo SB.

5. Calcolo della batteria solare

È necessario determinare il numero totale di moduli richiesti per il sistema.

La corrente al punto di massima potenza Impp può essere determinata dalle specifiche del modulo. È inoltre possibile determinare Impp dividendo la potenza nominale del modulo per la tensione nel punto di potenza massima Umpp (tipicamente 17 - 17,5 V per un modulo da 12 V).

5.1. Moltiplicare il valore della clausola 1.9 per un fattore 1.2 per tenere conto delle perdite per carica-scarica della batteria.

5.2. Dividi questo valore per il numero medio di ore di sole di punta nella tua zona. Riceverai la corrente che l'SB dovrebbe generare.

5.3. Per determinare il numero di moduli collegati in parallelo, dividere il valore nella clausola 5.2 per l'Ipp di un modulo. Arrotondare il numero risultante all'intero più vicino.

5.4. Per determinare il numero di moduli collegati in serie, dividere la tensione CC del sistema (tipicamente 12, 24, 48 V) per la tensione nominale del modulo (tipicamente 12 o 24 V).

5.5. Il numero totale di moduli fotovoltaici richiesti è pari al prodotto dei valori di cui alla clausola 5.3 e alla clausola 5.4.

6. Calcolo del costo del sistema

Per calcolare il costo di un impianto di alimentazione fotovoltaico è necessario sommare i costi dell'energia solare, della batteria, dell'inverter, del regolatore di carica della batteria e degli accessori di collegamento (cavi, interruttori, fusibili, ecc.)

Il costo di SB è pari al prodotto del valore della clausola 5.5 per il costo di un modulo. Il costo della batteria è pari al prodotto del valore indicato al punto 3.9 per il costo di una batteria. Il costo di un inverter dipende dalla sua potenza e tipologia. Il costo dei raccordi di collegamento può essere considerato pari a circa lo 0,1-1% del costo dell'impianto.

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