Sistemi di accumulo per impianti fotovoltaici

Sistemi di accumulo in un impianto fotovoltaico: definizioni e vantaggi. Come integrarli in un impianto grid connected

In questo focus analizziamo i sistemi di accumulo e il loro utilizzo negli impianti fotovoltaici.

L’accumulo integrato all’impianto

I sistemi di accumulo per impianti fotovoltaici sono costituiti da particolari “batterie”, studiate e progettate per accumulare l’energia prodotta da un impianto fotovoltaico, in modo da renderla disponibile all’uso quando l’impianto non è in grado di produrre sufficiente energia per l’autoconsumo, ad esempio di notte, o per immagazzinare e stoccare il surplus di energia autoprodotta negli impianti “stand alone” che alimentano luoghi non serviti dalla rete nazionale.

I vantaggi in un sistema di accumulo

Utilizzare un sistema di accumulo per il proprio impianto fotovoltaico ci consente di ottenere numerosi vantaggi:

  • è in grado di diminuire considerevolmente l’impatto sulle spese elettriche (risparmio in bolletta)
  • è in grado di rendere l’utenza elettrica autosufficiente
  • è in grado, con accorgimenti progettuali, di avere energia elettrica ottimizzata per i carichi privilegiati

Tipologia di impianti fotovoltaici

Nello specifico esistono due tipologie di impianti fotovoltaici:

  • impianto stand alone (isolati)
  • impianto grid connected (impianti collegati alla rete elettrica)

Impianto Stand Alone

Gli impianti isolati (stand alone) sono sistemi autonomi normalmente utilizzati per elettrificare le utenze difficilmente collegabili alla rete perché situate in aree poco accessibili, oppure le utenze con bassissimi consumi di energia, che non rendono conveniente il costo dell’allacciamento alla rete elettrica nazionale.
Un impianto isolato è caratterizzato dalla necessità di coprire la totalità della domanda energetica dell’utenza. Gli elementi che lo costituiscono sono:

  • moduli fotovoltaici
  • regolatore di carica
  • sistema di accumulo (batterie)
  • inverter (trasforma la corrente continua in corrente alternata)

Questi impianti risultano economicamente vantaggiosi nei casi in cui la rete elettrica sia assente o difficilmente raggiungibile. L’impianto stand-alone, in caso di mancanza di corrente di rete, è in grado di garantire la continuità della fornitura elettrica, grazie anche al sistema di accumulo che consente di immagazzinare l’energia prodotto per riutilizzarla quando i pannelli fotovoltaici non funzionano (ad esempio di notte).

Impianto Stand Alone

Impianto Grid Connected

I sistemi fotovoltaici grid connected (connessi alla rete) possono scambiare energia elettrica con la rete elettrica nazionale. Lo scambio può avvenire in due direzioni:

  1. se la produzione del campo fotovoltaico eccede per un certo periodo il consumo, l’eccedenza viene immessa in rete.
  2. nelle ore in cui il generatore non fornisce energia elettrica sufficiente per soddisfare le utenze, l’energia è prelevata dalla rete.

In genere, negli impianti grid conencted, sono presenti due contatori che contabilizzano l’energia scambiata nelle due direzioni. E’ comunque presente un inverter che trasforma la corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico in corrente alternata.

Impianto grid connected

Molti sistemi connessi alla rete (grid connected) non sono dotati di batterie in quanto la rete di distribuzione sopperisce alla fornitura di energia elettrica nei momenti di indisponibilità della radiazione solare. Oggi, grazie ai costi sempre più bassi dei sistemi di accumulo, vengono installate batterie al fine di aumentare l’autoconsumo di energia autoprodotta, in modo da ottenere un maggior risparmio economico.

Sistema di accumulo in un impianto Grid Connected

Un sistema di accumulo integrato in un impanto Grid Connected, permette di aumentare l’autoconsumo differito, ossia la possibilità di accumulare l’elettricità prodotta tramite le batterie e utilizzarla in un momento successivo, per esempio la sera, quando il fotovoltaico non produce.

Negli impianti grid connected con batterie di accumulo i flussi di consumo seguono un ordine specifico:

  1. l’utente attinge, in primo luogo, alla corrente prodotta dai pannelli fotovoltaici;
  2. Se, al momento della richiesta di erogazione di corrente elettrica, l’impianto non produce, l’utente attinge all’energia stoccata precedentemente nel sistema di accumulo (batterie);
  3. Quando le batterie sono scariche l’utente preleva l’energia dal servizio di fornitura elettrica nazionale.

A differenza di quando accade con l’impianto stand alone, che può funzionare come gruppo di continuità, gli impianti grid connected, anche se dotati di un sistema di accumulo, hanno un sistema di sicurezza che disattiva in automatico l’impianto in caso di assenza di tensione di rete.

Impianto grid connected con sistema di accumulo

Sistemi lato produzione o post produzione

I sistemi di accumulo possono essere di due tipi:

  • lato produzione, installati tra l’impianto fotovoltaico e l’inverter
  • post produzione, installati a valle dell’inverter

I sistemi lato-produzione sono costituiti da un unico inverter installato sul lato corrente continua che controlla contemporaneamente impianto e batterie. Presentano meno perdite dovute alla trasformazione dell’energia elettrica.

I sistemi post-produzione hanno pressoché lo stesso funzionamento, ma sono installati a valle dell’inverter, sul lato corrente alternata.  All’impianto viene aggiunto un kit costituito da un secondo inverter e da batterie. Presentano una dispersione di energia maggiore ma è una soluzione comoda per coloro già in possesso di un impianto fotovoltaico, in quanto può essere integrata senza dover sostituire l’inverter già presente.

Tipologie dei sistemi di accumulo in un impianto Grid Connected

In un impianto Grid Connected possiamo distinguere in particolare due sistemi di accumulo:

  • Sistema di accumulo con inverter integrato: comprende all’interno dello stesso contenitore l’inverter per trasformare la corrente continua in alternata e le batterie per l’accumulo di energia
    • Vantaggi: sono compatti, con un minimo ingombro e facili da installare su impianti di nuova realizzazione
  • Sistemi di accumulo indipendenti: inverter e batterie sono separati tra di loro
    • Vantaggi: configurabile in modo più preciso secondo i profili di carico del cliente; il tecnico, infatti, può scegliere tra differenti tecnologie e capacità di accumulo

Esistono diverse tipologie di batterie composte da materiali diversi che variano per efficienza e costi. Di seguito riportiamo un breve elenco di batterie utilizzate negli impianti fotovoltaici:

  • batterie al piombo acido (gel)
  • batterie agli ioni di litio
  • batterie al piombo acido (chiuso)
  • batterie al Nichel
  • batterie piombo acido (sigillato AGM)
  • batterie ai sali di sodio

Per scegliere la batteria che meglio si adatta alle proprie esigenze è importante considerare 3 aspetti fondamentali:

  • capacità – quanta energia elettrica è in grado di accumulare ed erogare [kWh];
  • potenza – velocità con cui la batteria riesce ad immagazzinare o rilasciare l’energia;
  • numero di cicli – il numero cicli minimo per i quali la batteria rimane nelle condizioni specificate dal costruttore.

Batterie al piombo VS batterie agli ioni di litio

La scelta delle batterie di accumulo in un impianto fotovoltaico è fondamentale per garantire la massima autonomia. Sul mercato si trovano diverse tipologie di batterie ma le più diffuse sono:

  • batterie al piombo
  • batterie agli ioni di litio

Le batterie al piombo sono in uso da molti anni. La loro diffusione è dovuta anche ai costi esigui di questa tipologia di batteria. Il grosso limite è  è che possono essere scaricate solo fino al 50 – 60% (devono mantenere almeno metà della loro capacità di accumulo nominale) e sono molto ingombranti. Durano in media dai 3 ai 5 anni.

Le batterie agli ioni di litio: di recente tecnologia, hanno una maggiore efficienza e una vita più lunga rispetto alle batterie al piombo. Inoltre, hanno una capacità di scarica  maggiore (90%) in modo da ottimizzare l’autoconsumo ai massimi livelli. Sono meno ingombranti rispetto alle batterie al piombo ma hanno anche un costo maggiore. Durano in media dai 10 ai 12 anni.

Progettare con un software un impianto fotovoltaico con il sistema di accumulo

Solarius-PV permette di progettare un impianto fotovoltaico con il sistema di accumulo in pochi semplici passaggi.

Procediamo alla scelta della tipologia del sistema di accumulo (connesso sula lato AC o sul lato CC).

Scelta della tipologia di accumulo

Procediamo al dimensionamento del sistema di accumulo, dove otteniamo automaticamente il numero di batterie necessarie a soddisfare la nostra richiesta di capacità di accumulo utile.

Dimensionamento sistema di accumulo

Successivamente il programma software, rappresenterà il sistema di accumulo posizionato nello schema elettrico sia esso sul Lato in continua o sul Lato in alternata.

Schema elettrico sistema di accumulo

L’analisi del dimensionamento del sistema di accumulo, oltre che dal punto di vista energetico e progettuale, la otteniamo anche dal punto di vista economico.

Nello specifico, otteniamo istogrammi o forme tabellari che indicano la presenza del sistema di accumulo e di come lo stesso incide sulla richiesta di energia giornaliera, settimanale, mensile e annuale dell’utenza presa in esame.

Copertura consumi presenza accumulo

Dopo un analisi del benefit energetico del sistema di accumulo (analisi che ritroviamo nelle relazioni tecniche ed economiche) possiamo anche visualizzare il budget annuale con presenza del sistema di accumulo.

Budget Annuale con presenza accumulo

In seguito  all’analisi economica con la presenza dell’accumulo è possibile ottenere anche risultati di analisi dedicate all’accumulo e constatare come quest’ultimo incida sull’intero impianto. L’analisi l’otteniamo sia in forma tabellare che grafica.

Di seguito un video su come progettare un impianto fotovoltaico e integrare un sistema di accumulo con Solarius-PV.

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