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Rev 02
Autoconsumo
e
Indipendenza dalla rete
grazie all'hub energetico "Storage Hub" di Victron Energy
1. Introduzione
2. Tre alternative di impianto
2.1. Storage Hub-1 di VE
2.2. Storage Hub-2 di VE
2.3. Storage Hub-3 di VE
3. Caratteristica fondamentale delle tre alternative di impianto: GridAssist
4. Breve descrizione dei componenti principali dello Storage Hub VE
4.1. Batteria: al piombo acido o agli ioni di litio, parte 1.
4.2. Inverter/caricabatterie MultiPlus e Quattro
4.3. Regolatore di Carica MPPT BlueSolar
4.4. Inverter FV
5. Consumo elettrico domestico
Carico di base (carichi di categoria 1)
Altri apparecchi a spina (carichi di categoria 2)
Carico fissi (carichi di categoria 3)
6. Efficienza dell'Hub
7. L'Hub per le abitazioni collegate alla rete
7.1. Alimentazione del carico di base con Hub-1 e batteria gli ioni di litio
7.2. Alimentazione del carico di base più altri apparecchi a spina (carichi di categoria 2 e 3)
con Hub-1
7.3. Alimentazione del carico di base con Hub-2 o -3
7.4. Alimentazione del carico di base più altri apparecchi a spina con Hub-2 o -3
7.5. Cosa succede in caso di clima invernale senza sole e molto piovoso?
8. Hub off grid
8.1. Micro-CHP (sistema di microcogenerazione)
8.2. Generatore diesel
9. Definizione: modulo fotovoltaico 100% e batteria 100%
10. Costo
10.1. Autoconsumo: capacità di accumulo eccellente
10.2. Off-grid: capacità di accumulo eccellente
10.3. Batteria: al piombo acido o agli ioni di litio, parte 2
10.4. Il modulo FV
10.5. Esempi: costo dei componenti principali
2
1. Introduzione
L'elettricità generata dal sole e/o dal vento non coincide mai con il consumo energetico reale.
Ne risulta che, quando si genera potenza in eccesso, una parte ne viene re-immessa nella rete, e
quando, invece, la potenza generata non è sufficiente, viene prelevata dalla rete.
Più aumenta la potenza eolica e solare sulla linea, più diventa difficile e costoso assicurare la
stabilità della rete.
L'accumulo intermedio di energia appare quindi fondamentale per mantenere entro limiti gestibili
la fluttuazione di potenza sulla rete.
Inoltre, la progressiva diminuzione delle tariffe incentivanti (FIT), aumentano sempre più il
potenziale commerciale dei dispositivi domestici di accumulo che aumentino l'autoconsumo.
L'accumulo intermedio di energia consente di aumentare l'autoconsumo della potenza eolica e/o
solare raccolta.
Il passo successivo spontaneo è il raggiungimento del 100% di autoconsumo e l'indipendenza dalla
rete di alimentazione.
Lo "Storage Hub" di Victron Energy offre tre soluzioni, e moltissimi
vantaggi in più
Grazie alle decine di migliaia di impianti completamente indipendenti dalla rete o ad interazione
con la rete installati in tutto il mondo, possediamo sia l'esperienza che i prodotti giusti per
progettare impianti di livello eccellente.
•
Batteria
Al cuore dell'Hub c'è la batteria, che viene caricata con la potenza eolica/solare in eccesso, e
viene scaricata quando il consumo è superiore alla produzione energetica.
Le batterie al piombo acido OPzS e OPzV a piastre tubolari hanno dato proba di grande
rendimento negli impianti ad interazione con la rete o off grid.
La batteria agli ioni di litio, invece, è una soluzione preferibile nei casi n cui servano piccole
dimensioni, peso ridotto e una grande efficienza di carica/scarica.
Per ulteriori dettagli si vedano le sezioni 4.1 e 9.3.
•
Protezione per la rete
L'Hub può essere usato per ridurre i picchi di richiesta dalla rete (scaricando al batteria) e
anche i picchi di reimmissione nella rete (ricaricando le batterie).
Per ulteriori informazioni, si veda la sezione 9.1.
•
Superamento delle interruzioni di energia
L'energia accumulata nella batteria può essere impiegata per fornire potenza alle
attrezzature fondamentali in caso di interruzione di energia.
•
Indipendenza dalla rete
Con una capacità sufficiente della batterie e, se necessario, un micro-CHP (sistema di
microcogenerazione) o un generatore di emergenza, si può ottenere l'indipendenza
completa dalla rete.
•
Flessibilità
Non offriamo un solo Hub, ma tre diverse configurazioni, ognuna studiata per requisiti
specifici.
3
• Possibilità di aggiornamento in campo
È possibile collegare un dispositivo di accumulo di energia solare/eolica in un
secondo momento.
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2. Tre alternative di impianto
2.1. Storage Hub-1 di VE
Hub-1 è la soluzione ad efficienza maggiore nei casi in cui la maggior parte dell'energia prodotta va
accumulata nella batteria prima dell'uso.
È anche la soluzione, robusta e quella con un costo inferiore.
Il regolatore di Carica MPPT BlueSolar usa l'energia solare per caricare la batteria.
L'energia accumulata viene impiegata da un inverter/caricabatterie MultiPlus o Quattro per fornire
elettricità CA al carico e reimmettere nella rete la potenza in eccesso.
In caso di interruzione di corrente alle utenze, l'Hub si disconnetterà dalla rete e continuerà a
funzionare come sistema indipendente.
In caso di reimmissione di elettricità nella rete, è possibile che si renda necessario installare
nell'impianto un dispositivo di controllo dell'isolamento, a seconda delle normative locali.
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2.2. Storage Hub-2 di VE
Questa è la soluzione più pratica per aggiungere un dispositivo di accumulo nella batteria ad un
impianto FV esistente collegato alla rete.
L'energia elettrica CC generata dai pannelli solari viene convertita in CA da un inverter FV collegato
all'uscita CA di un inverter/caricabatterie.
L’ingresso CA dell'inverter/caricabatterie è collegato alla rete.
In caso di reimmissione di potenza nella rete, è necessario installare nell'impianto un dispositivo di
controllo dell'isolamento conforme alle normative locali.
La potenza viene fornita direttamente al carico dall'inverter FV.
In caso di potenza FV insufficiente, l'inverter/caricabatterie fornirà potenza aggiuntiva dalla
batteria, o dalla rete.
In caso di potenza FV in eccesso, l'inverter/caricabatterie la utilizzerà per ricaricare la batteria, e/o
per reimmettere la potenza nella rete.
In caso di interruzione di corrente alle utenze, l'Hub si disconnetterà dalla rete e continuerà a
funzionare come sistema indipendente.
La pianificazione e l'avviamento di questa soluzione sono più complessi rispetto all'Hub-1 per via
dell'interazione tra l'inverter/caricabatterie e la l'inverter di rete.
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2.3. Storage Hub-3 di VE
L'energia elettrica CC generata dai pannelli solari viene convertita in CA da un inverter FV collegato
all'ingresso CA di un inverter/caricabatterie.
La potenza viene fornita dall'inverter FV al carico attraverso l'inverter/caricabatterie.
In caso di potenza FV insufficiente, l'inverter/caricabatterie fornirà potenza aggiuntiva dalla
batteria, o dalla rete.
In caso di potenza FV in eccesso, l'inverter/caricabatterie la utilizzerà per ricaricare la batteria. Una
volta caricata completamente la batteria, l'inverter FV immetterà la potenza in eccesso nella rete.
Qualora l'inverter FV sia dotato di dispositivo di controllo dell'isolamento in conformità con le
normative locali, segnaliamo che non è necessario.
A differenza delle soluzioni con Hub-1 e Hub-2, l'inverter FV si spegnerà in caso di interruzione di
potenza alle utenze. L'Hub continuerà ad alimentare il carico fino alla scarica della batteria.
3. Caratteristica fondamentale delle tre alternative di impianto:
GridAssist
Grazie al GridAssist, l'inverter/caricabatterie può essere sottodimensionato rispetto alla potenza
massima richiesta dal carico. Con il GridAssist, il funzionamento dell'inverter/caricabatterie è
sincronizzato con la rete e ogni volta che la potenza CA richiesta supera la capacità
dell'inverter/caricabatterie, viene prelevata energia supplementare dalla rete, evitando in questo
modo lo spegnimento dell'impianto per sovraccarico.
GridAssist-1
Una soluzione è quella di far funzionare l'inverter/caricabatterie in modo sincronizzato con la rete,
ma non connesso ad essa. Il collegamento alla rete (chiudendo il relè di protezione contro la reimmissione di energia dell'inverter/caricabatterie) viene effettuato nei seguenti casi:
- Sovraccarico dell'impianto Viene utilizzata potenza aggiuntiva dalla rete fino a che il carico
viene riportato ad un livello che può essere gestito dall'inverter/caricabatterie.
- La potenza FV o eolica in eccesso disponibile andrà reimmessa nella rete (se consentito
dalle normative locali).
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GridAssist-2
In alternativa, si può collegare l'Hub alla rete in modo permanente. L'inverter/caricabatterie
controllerà il proprio output facendo in modo che corrisponda al carico, cosicché la potenza media
prelevata dalla rete sia zero tranne, ovviamente, in caso di sovraccarico o potenza in eccesso da
reimmettere nelle rete. Avvertenza: è necessaria una tensione di rete stabile!
4. Breve descrizione dei componenti principali dello Storage Hub VE
4.1. Batteria: al piombo acido o agli ioni di litio, parte 1.
Oltre ad avere un peso inferiore e dimensioni ridotte, la batteria agli ioni di litio (litio ferro fosfato:
LiFePO4 o LFP) è una alternativa interessante alle batterie al piombo acido negli impianti off grid o
collegati alla rete anche grazie alla sua efficienza e vita utile.
Efficienza
L'efficienza energetica di un ciclo completo (scarica da 100% a 0% e ricarica fino al 100%) per le
normali batterie al piombo acido oscilla tra il 70 e l'80%.
Il processo di carica delle batterie al piombo acido diventa particolarmente inefficiente quando si
raggiunge l'80% dello stato di carica. Tra l'80% e il 100% della carica l'efficienza è spesso inferiore al
50%. E questi dati possono addirittura peggiorare in caso di corrente di carica o scarica elevata.
L'efficienza di una batteria al piombo acido non si avvicina neanche a quella della batteria agli ioni
di litio. Infatti, in qualsiasi condizione di funzionamento, l'efficienza di una batteria LFP è pari al
92%.
http://www.almaden.ibm.com/institute/2009/resources/2009/presentations/ChetSandbergAlmadenInstitute2009-panel.pdf
http://people.duke.edu/~kjb17/tutorials/Energy_Storage_Technologies.pdf
L'efficienza di un impianto di accumulo di energia, da
http://catedrasempresa.esi.us.es/endesared/documentos/jornada_almacenamiento/Pet_Hall.pdf
Vita utile
La batteria in un impianto FV e/o eolico potrebbe non venire ricaricata completamente per
settimane o mesi (nel periodo invernale). Ciò è letale per le batterie al piombo acido. La batteria
potrebbe infatti andare incontro ad un gusto prematuro a causa della solfatazione.
In caso di impianti off grid con batterie al piombo acido, la preoccupazione costante dovrà quindi
essere lo stato di carica: qualunque cosa accada, la batteria dovrà sempre essere ricaricata
completamente ad intervalli regolari, e non essere mai lasciata scarica per giorni o settimane.
In un impianto collegato alla rete la batteria può essere ricaricata regolarmente con semplicità fino
a carica completa al 100%.
8
Nota:
Per approfondimenti sul problema della solfatazione nelle applicazioni solari, si veda ad esempio
http://mnre.gov.in/file-manager/UserFiles/report_batteries_solar_photovoltaic_applications.pdf
(in particolare, le immagini a pagina 18)
L'intervallo di vita di una batteria LFP non dipende dal suo stato di carica, finché la tensione di ogni
cella della batteria viene mantenuta entro determinati limiti (ampi). Un BMS (sistema di gestione
della batteria) per batteria agli ioni di litio servirà esattamente a quello, e non ci sarà bisogno di
alcun tipo di attenzione ulteriore per la batteria.
Per maggiori informazioni sulle batterie si veda la sezione 9.
4.2. Inverter/caricabatterie MultiPlus e Quattro
È possibile collegare in parallelo una gamma di inverter/caricabatterie VE da 800 VA a 10kVA
monofase, e fino a sei moduli da 10kVA. Tutti i modelli possono essere configurati per
funzionamento trifase.
Tutti gli inverter/caricabatterie MultiPlus e Quattro possono essere programmati per integrarsi in
modo perfettamente uniforme con
Hub-1, -2 o -3.
4.3. Regolatore di Carica MPPT BlueSolar
Il regolatore di carica converte la tensione CC dal modulo solare in una tensione adatta a caricare la
batteria. È possibile collegare in parallelo una serie di regolatori Blue Solar, e l'unica limitazione è la
corrente di carica massima della batteria, che nel caso delle batterie agli ioni di litio è molto elevata.
L'efficienza di un regolatore di carica BlueSolar MPPT è di oltre il 98%.
4.4. Inverter FV
L'inverter FV converte la tensione CC dal modulo solare in tensione CA adatta ad alimentare i
carichi CA. In un impianto senza batteria, tutta la potenza in eccesso verrà reimmessa nella rete, e in
caso di scarsa alimentazione, la potenza verrà fornita dalla rete.
Un inverter FV non può funzionare senza alcun/a assorbimento/sorgente esterna di potenza CA
(ACpss). L'inverter FV, pertanto, si spegnerà se non è disponibile nessun ACpss (ad esempio una
rete stabile, un inverter adeguato o un inverter/caricabatterie).
9
5. Consumo elettrico domestico
I dati che possono aiutare a scegliere la dimensione dell'Hub sono un elenco degli elettrodomestici
più comuni e la quantità di elettricità che impiegano.
Elettrodomestico
Carico di base
Tempo di
Energia/giorno
accensione
Potenza
minimo in
estate per
famiglia di
due
persone
Carico di base(categoria 1)
Acquario tropicale con scalda acqua
24 h
2400 Wh
Frigorifero ad alta efficienza
20 W
Freezer ad alta efficienza
20 W
(con motore con compressore a magneti permanenti CC)
Frigorifero medio
50 W
Freezer medio
60 W
24 h
24 h
480 Wh
480 Wh
24 h
24 h
1200 Wh
1440 Wh
Caricatori con spina e carichi in standby
Modem
Ventilazione
30 W
10 W
30 W
24 h
24 h
24 h
720 Wh
240 Wh
720 Wh
2000 W
3000 W
12 h
2h
130 W
8h
130 W
10 W
2h
24 h
Stufetta elettrica
Scaldabagno (boiler)
Riscaldamento centralizzato (on)
e scaldabagno (on)
Riscaldamento centralizzato (off)
e scaldabagno (off)
Standby del riscaldamento centralizzato
Illuminazione ad alta efficienza
100 W
200 W totale
480 Wh
480 Wh
720 Wh
240 Wh
720 Wh
24.000 Wh
6000 Wh
1040 Wh (inverno, a gas)
260 Wh
240 Wh
260 Wh
240 Wh
6 h (inverno)
3 h (estate)
1200 Wh
600 Wh
600 Wh
600 Wh
300 Wh
Una lampadina ad incandescenza
tradizionale da 100W
100 W
6 h (inverno)
3 h (estate)
Riscaldamento elettrico a pavimento
nel bagno
1000 W
3h
3000 Wh
Radio
TV LCD
TV grande schermo al plasma
30 W
50 W
300 W
3h
3h
6h
90 Wh
150 Wh
1800 Wh
90 Wh
150 Wh
Personal Computer
Computer portatile
100 W
30 W
3h
3h
300 Wh
90 Wh
300 Wh
90 Wh
150 W – 300 W
1h
150 Wh
Cappa
150 Wh
________
Totale carico di base in estate, per famiglia di due persone attenta al consumo energetico
4370
Wh
10
Altri apparecchi a spina (categoria 2)
Aspirapolvere
(potenza di avviamento 2000 W o più)
Asciugacapelli
1000 W
30 m
500 Wh
500 Wh
800 W
6m
80 Wh
80 Wh
Bollitore
da 1000 W a 3000 W
Che porta ad ebollizione 3 litri di acqua
(energia richiesta per far bollire 1 litro di acqua: 120 Wh)
Macchina del caffè
800 W
10 m
Altri elettrodomestici da cucina (sbattitore, frullatore, ecc)
360 Wh
120 Wh
100 Wh
120 Wh
300 Wh
________
Totale altri elettrodomestici, per famiglia di due persone attenta al consumo energetico 1360 Wh
Apparecchi collegati sempre alla stessa presa (categoria 3)
Lavatrice, riempimento a freddo
Lavatrice, riempimento a caldo, media
carico
Lavatrice, riempimento a caldo,
migliore della categoria
2000 W il riscaldatore più 600 W il motore 1000 Wh per carico
600 W (potenza di picco)
400 Wh per
165 W
100 Wh per carico
http://www.fisherpaykel.com/admin/pdfs/pdf_usecares/4912_NZ_QuickSmart_WashSmart_UG_hi.pdf
Asciugatrice con riscaldatore elettrico
3000 W
3000 Wh per carico
Asciugatrice con riscaldatore a gas
300 W
300 Wh per carico
Asciugatrice con pompa di calore
1350 W
1350 Wh per carico
http://www.atcoenergysense.com/NR/rdonlyres/635CE05C-6BD3-4421-A1D0C54CE4DDF20A/0/ManagingElectricityatHomeWebVersion.pdf
Lavastoviglie, media
2000 W
Lavastoviglie, riempimento a caldo
1200 W
http://reg.energyrating.gov.au/comparator/product_types/
Forno a microonde
2000 W
Fornello elettrico, potenza di picco
Potenza media in cottura
2000 W
Forno elettrico
1100 Wh per ciclo
400 Wh per ciclo
200 Wh
8000 W
da 2000 W a 4000 W di picco
da 30 m a 1 h
da 1000 Wh a 2000 Wh
30 m
2000 Wh
Pompa piscina
700 W
8h
5600 Wh
Pompa pozzo idrico
700 W
3h
2100 Wh
Raffreddamento o riscaldamento con pompa di calore (climatizzazione) può essere 10 kWh al giorno o più
Tabella 1: Valori elettrici di alcuni elettrodomestici comuni
Carico di base(categoria 1)
Alcuni carichi saranno presenti quasi sempre: l'insieme di essi è il carico di base di una abitazione.
Tutti i carichi di base devono poter essere accesi contemporaneamente.
Non è semplice ridurre il carico di base. Si potrebbero inserire dei timer per spegnere
completamente una serie di carichi durante la notte, risparmiando almeno 1 kWh
(1 kWh = 1000 Wh).
Considerato il maggior consumo per riscaldamento e illuminazione nel periodo invernale, il carico
di base è sostanzialmente maggiore di quello del periodo estivo.
11
Dalla tabella 1:
Il carico di base quotidiano minimo ragionevole per il periodo estivo è
4370 Wh
La potenza di picco da prevedere è
E la potenza media
660 W
182 W
In inverno (in zone a clima temperato) il maggior riscaldamento e la maggiore illuminazione
aumenteranno il carico di base a
5750 Wh
La potenza di picco non aumenta
660 W
Ma potenza media aumenta a
240 W
In una abitazione più grande e/o con più persone è facile che il carico di base estivo aumenti a
8000
Wh
E quello invernale a
11.000 Wh
Nota:
In un piccolo ufficio, o in una officina il carico di base può anche arrivare ad essere abbastanza più elevato
(nelle ore di lavoro) rispetto agli altri carichi.
Altri apparecchi a spina (categoria 2)
Gli apparecchi a spina possono essere inseriti nella presa in qualunque parte dell'abitazione. In
particolare, questo accade per gli aspirapolvere. Quindi, è virtualmente impossibile separare il
carico di base, specialmente dall'aspirapolvere, con la sua potenza di funzionamento di 1000 W, e
con la sua potenza di avvio spesso più elevata.
Però è improbabile che tutti gli apparecchi a spina vengano usati contemporaneamente.
Apparecchi collegati sempre alla stessa presa (categoria 3)
Nella maggior parte delle abitazioni Europee, la lavatrice e la lavastoviglie sono con carico a freddo,
e l'asciugatrice con riscaldatore elettrico. Se vengono usate un giorno sì e uno no, e non
contemporaneamente, rappresentano un carico di picco di 3 kW, e, insieme al microonde,
richiedono in media solo 3 kWh di energia.
Spesso è possibile riorganizzare il cablaggio in modo da separare completamente questi carichi dal
carico di base e dagli altri apparecchi a spina.
E in questo modo è semplice evitare che vengano usati contemporaneamente.
Nota:
La Tabella 1 mostra quanto si può fare per ridurre l'energia elettrica e la potenza (di picco) necessaria per
queste apparecchiature.
La classificazione dei carichi in queste tre categorie consente delle riflessioni interessanti e aiuta a
considerare le possibilità e i limiti dell'autoconsumo o del funzionamento off grid.
12
I valori elettrici delle tre categorie di carico vengono riassunti di seguito nella tabella 2.
Carico
categoria
Famiglia di due persone
attenta al consumo energetico
Energia
al
giorno
Wh
Picco
Abitazione tipica
Media
Energia
al
giorno
Wh
potenza potenza
W
W
Picco
Sopra la media
Media
potenza potenza
W
W
Energia
al
giorno
Wh
Picco
Media
potenza potenza
W
W
Carico di base
(estate)
4.370
660
182
8.380
1.305
349
18.960
2.560
790
Altri apparecchi
a spina
1.360
2.000
57
1.640
2.000
68
1.920
2.000
80
350
1.200
15
2.050
2.500
85
7.100
12.600
296
Totale (estate)
6.080
3.860
253
12.070
5.805
503
27.980
17.160
1.166
Carico di base
aggiuntivo
in inverno
1380
0
58
2760
0
115
4140
0
173
7.460
3.860
311
14.830
5.805
618
32.120
17.160
1.338
Apparecchi
sempre
collegati
alla stessa
presa
Totale (inverno)
Tabella 2: Energia e potenza per categoria di carico
Note:
1.
2.
3.
4.
In una famiglia di due persone attenta al consumo energetico sono state scelte le versioni degli
elettrodomestici più efficienti.
L'abitazione tipica è abitata da una famiglia con due bambini, ed è dotata delle apparecchiature
elettriche che si trovano oggi nelle abitazioni medie europee.
L'abitazione sopra la media è caratterizzata da massimo confort e lusso, compreso piano cottura ad
induzione. Sono stati lasciati da parte il raffreddamento e/o riscaldamento con pompa di calore
(climatizzazione): considerato l'elevato consumo energetico, si richiede un approccio caso per caso.
In tutti gli esempi si è considerato che le apparecchiature ad elevata potenza non vengono usate
contemporaneamente.
The two person efficient home
Energy/day
Base load
Other plug-in
appliances
Appliances always
connected to the
same socket
13
The average home
Energy/day
Above average
Energy/day
Come mostra chiaramente il grafico a torta fatto con i dati della tabella 2, l'energia, e quindi anche
la potenza media, richiesta per il carico di base (blu), è oltre due terzi del totale.
14
The two person efficient home
The average home
Above average
Peak power required
Peak power required
Peak power required
Base load
Other plug-in
appliances
Appliances always
connected to the
same socket
Però, se si osserva la potenza di picco necessaria, il carico di base (blu) è sempre meno del 30% del
totale!
In altre parole: il rapporto tra carico di picco e carico medio per il carico di base è molto più basso
che per le altre categorie, come si vede nella tabella 3.
Carico
categoria
Carico di base
(estate)
Famiglia di due persone
attenta al consumo
energetico
Abitazione tipica
Sopra la media
Carico di picco/medio
Carico di picco/medio
Carico di picco/medio
3,6
3,7
3,2
35,3
29,3
25,0
Apparecchi sempre
collegati
alla stessa presa
82,3
29,3
42,6
Totale (estate)
15,2
11,5
14,7
Altri apparecchi a
spina
Tabella 3: Rapporto carico di base/carico di picco delle tre categorie
Conclusioni
Il carico di base può essere alimentato dalla batteria con un inverter da 1200 VA a 3 kVA.
I carchi di categoria 2 e 3 anno bisogno di molta più potenza (di picco) quando vengono usati, e
quindi di un inverter più potente. Però, vengono usati solo per periodi brevi, quindi
l'energia/giorno richiesta è bassa. Un inverter che alimenta tutta l'abitazione (ovvero tutte le
categorie di carico) dovrà quindi funzionare per la maggior parte del tempo solo ad una % bassa
della propria potenza nominale.
In caso di abitazione collegata alla rete la cosa migliore sarà, quindi, alimentare solo il carico di
base con l'inverter, e collegare gli altri carichi alla rete.
In caso di abitazione off grid , non vi sarà alcuna disponibilità di alimentazione di rete per
supportare gli apparecchi ad alto assorbimento quando sono accesi. Servirà quindi più potenza
dall'inverter.
15
L'uso dell'elettricità per generare calore (lavare, asciugare, cucinare) è dispendioso. Il riscaldamento
dell'acqua a gas e/o solare è una alternativa meno costosa.
16
È possibile migliorare l'autoconsumo grazie ad un sistema di gestione del carico che attivi i
carichi quando c'è il sole. I carichi che mi vengono in mente (si veda la tabella 1) sono:
Scaldabagno (boiler)
Pompa piscina
Pompa pozzo idrico
Lavatrice
Asciugatrice
Lavastoviglie
Però, tranne per le pompe, la soluzione migliore è prima di tutto ridurre l'energia elettrica richiesta
da questi carichi usando il riempimento a caldo (con impiego di riscaldamento solare e/o a gas).
6. Efficienza dell'Hub
L'Hub si trova a metà tra l'alimentazione solare/eolica e il carico. Sfortunatamente, nell'Hub andrà
persa una parte di energia. Le perdite non sono trascurabili. Lo scopo dei calcoli riportati di seguito
è quello di mostrare da dove vengono queste perdite (risposta: dalla batteria!).
Per una lettura più rapida, si può saltare la parte di calcolo e passare direttamente alla conclusione.
L'energia raccolta Eh dovrebbe coprire l'energia El consumata dal carico, più le perdite di carica/scarica della
batteria, le perdite per conversione di potenza e le perdite legate al cablaggio e ai fusibili.
6.1. Se tutta l'energia raccolta viene immagazzinata nella batteria prima dell'uso
In caso di Hub-1, se il carico consuma direttamente lo 0% dell'energia raccolta (ovvero il 100% dell'energia
raccolta viene accumulata nella batteria prima dell'uso), l'efficienza approssimativa risultante Ƞ0 = El / Eh è:
Ƞ0 ≈ Ƞi x Ƞb x Ƞm x Ƞw
Con, ad esempio:
94 % di efficienza di conversione CA - CC dell'inverter caricabatterie Ƞi ≈ 0,94
92% di efficienza batteria agli ioni di litio Ƞb ≈ 0,92
98% di efficienza regolatore di carica MPPT Ƞm ≈ 0,98
2% perdite per cablaggio e fusibili Ƞw ≈ 0,98
Il risultato è: Ƞ0 ≈ 0,83
Con batteria al piombo acido (Ƞb ≈ 0,8 o meno, si veda la sezione 4.1)
Il risultato è: Ƞ0 ≈ 0,72 o meno.
E in caso di Hub-2 o -3:
Ƞ0 ≈ Ƞc∙Ƞi∙Ƞb∙Ƞpv∙Ƞv
Con:
94 % di efficienza di conversione CA - CC dell'inverter/caricabatterie: Ƞc ≈ 0,94
94% di efficienza di conversione CC-CA dell'inverter caricabatterie: Ƞi ≈ 0,94
92% di efficienza batteria agli ioni di litio: Ƞb ≈ 0,92
97% di efficienza inverter FV: Ƞpv ≈ 0,97
1% di perdite cablaggio e fusibili: Ƞv ≈ 0,99
Il risultato è: Ƞ0 ≈ 0,78
Con batteria al piombo acido (Ƞb ≈ 0,8 o meno, si veda la sezione 4.1)
Il risultato è: Ƞ0 ≈ 0,68 o meno.
17
6.2. Se il 40% dell'energia raccolta viene consumata direttamente dal carico
L'efficienza Ƞₓsarà maggiore se una parte dell'energia raccolta viene consumata direttamente dal carico.
In caso di Hub-1:
Ƞₓ ≈ Ƞi∙(Xd+Ƞb∙(1-Xd))∙Ƞm∙Ƞw
Dove Χd è il fattore di consumo diretto.
Χd = 1 se tutta l'energia viene consumata direttamente, senza accumulo intermedio, e
Xd = 0 se tutta l'energia viene immagazzinata prima dell'uso.
Se il 40% dell'energia raccolta viene consumata direttamente dal carico: Χd = 0,4 e Ƞ40 ≈ 0,86 (con batteria
agli ioni di litio)
E in caso di Hub-2 o -3:
Ƞₓ ≈ (Χd+Ƞc∙Ƞi∙Ƞb∙Ƞc∙(1-Xd))∙Ƞpv
Con il 40% dell'energia consumata direttamente dal carico: Χd = 0,4 e Ƞ40 ≈ 0.86 (con batteria agli ioni di
litio)
Note:
1.
2.
3.
Ovviamente, se una percentuale consistente dell'energia raccolta viene consumata direttamente dal
carico, il miglioramento più consistente in termini di efficienza si raggiunge in caso di Hub-2 e -3, in
quanto il consumo diretto non solo bypassa la batteria, ma anche l'inverter/caricabatterie. In pratica
il miglioramento sarà meno marcato perché Ƞc e Ƞi dipendono dal carico e diminuiscono quando il
carico medio dell'inverter/caricabatterie raggiunge livelli bassi.
Come riportato nella nota 1, i valori di efficienza dei dispositivi che costituiscono l'Hub non sono
costanti.
L'inverter/caricabatterie avrà bassa efficienza con i carichi inferiori, e massima efficienza al 75% circa
della sua potenza di uscita nominale. La perdita a vuoto è circa l'1% della potenza di uscita nominale.
L'inverter FV e il regolatore di carica solare presentano prestazioni migliori con carichi inferiori, con
perdite a vuoto dello 0,2% e 0,05% circa.
Le perdite per cablaggio e fusibili sono proporzionali al quadrato della corrente che li attraversa, il
che risulta in perdite che aumentano velocemente (= e quindi efficienza che scende) in caso di
carichi elevati.
L'efficienza delle batterie agli ioni di litio è in realtà la più costante di tutte, in quanto è virtualmente
indipendente dalla corrente di carica/scarica e dallo stato di carica.
In caso di potenza dal sole, nella maggior parte delle abitazioni il consumo diretto del carico sarà ben
inferiore al 40%. Specialmente se l'abitazione rimane vuota al mattino in quanto tutti vanno a scuola
o al lavoro e tornano nel tardo pomeriggio, quasi tutto il consumo (tranne per frigorifero e freezer)
avrà luogo quando l'input FV è pari a zero.
Solo quando qualcuno rimane a casa, o in caso di piccoli uffici, alberghi o altre attività, si potrà
raggiungere il 40% o più di consumo diretto.
Quindi, l'Hub-1 sarà quasi sempre la soluzione più efficiente per le abitazioni alimentate con energia
FV.
6.3. Conclusioni
Per via della continua variazione del carico sia durante il giorno che da un giorno all'altro, non è
possibile calcolare in modo preciso l'efficienza dell'Hub. Inoltre, dal momento che in genere l'input
eolico o FV è anche soggetto a grandi variazioni, calcolare l'efficienza in modo preciso sarebbe un
esercizio vano.
Negli esempi che seguono, si ipotizza una efficienza dell'85% per gli impianti con batteria agli ioni
di litio, e del 75% per gli impianti con batteria al piombo acido.
18
7. L'Hub per le abitazioni collegate alla rete
7.1. Alimentazione del carico di base con Hub-1 e batteria gli ioni di litio
In caso di casa vacanze, piccolo ufficio o abitazione senza carichi di categoria 2 e 3, o se il carico di
base può essere separato da tutti gli apparecchi a potenza elevata (una grande incognita, in quanto
una abitazione esistente dovrà essere ricablata, e nelle abitazioni nuove servirà una pianificazione
accurata del cablaggio) la scelta corretta ricadrà su un inverter/caricabatterie da 800 VA a 3000 VA.
7.1.1. Batteria agli ioni di litio
Se c'è bisogno di accumulare abbastanza energia da alimentare il carico di base durante un intero
giorno estivo, serviranno da 4,4 kWh a 19 kWh di energia accumulata (si veda la tabella 2 o la
tabella 6-8 nella sezione 9), più il 6% di perdita di conversione (nell'inverter/caricabatterie) e il al
20% per limitare all'80% la scarica della batteria agli ioni di litio (si veda la sezione 9.3 per
informazioni sul livello massimo di scarica delle batterie).
La capacità totale di accumulo di energia richiesta oscillerà quindi tra 5,8 kWh (famiglia di due
persone attenta al consumo energetico) e 25 kWh (abitazione sopra la media).
La capacità di una batteria agli ioni di litio da 24 V dovrà quindi oscillare tra 240 Ah ed un valore
altissimo di 1000 Ah.
Meglio passare a 500 Ah a 48 V nell'ultimo caso (si veda la tabella 8). La batteria non costerà di più,
ma il cablaggio CC sarà meno costoso e scomodo, e il regolatore di carica produrrà due volte più
potenza con la stessa corrente di uscita.
Note:
-
Energia accumulata nella batteria: E (kWh) = Ah x V x 1000.
In pratica, non tutta l'energia prodotta durante il giorno verrà accumulata. Una certa quantità verrà
consumata direttamente dal carico, il che risulterà in una scarica della batteria inferiore all'80%.
Per quanto riguarda la sezione trasversale del cavo: le perdite del cavo sono proporzionali a R∙I². La
corrente I diventa due volte inferiore quando ci si sposta da 24V a 48V, in modo che la sezione
trasversale del cavo possa essere ridotta di un fattore pari a quattro.
7.1.2. Modulo solare
Qui entrano in gioco molti fattori: la superficie disponibile adatta, il clima locale, la possibilità di
reimmettere la potenza in eccesso nella rete, ecc.
Nota:
L'irradiazione solare sui pannelli rivolti a sud con inclinazione asse ≈ latitudine in un giorno estivo di sole è
all'incirca 8 kWh/m²/giorno, e relativamente indipendente dalla latitudine.
L'irradiazione media durante un mese di sole estivo è 6-8 kWh/m²/giorno.
http://rredc.nrel.gov/solar/pubs/redbook/
Un pannello solare fornisce la propria potenza di uscita nominale (Wp) a 25 e irradiazione 1000 W/m².
In un laboratorio, l'output giornaliero di un modulo FV da 1 kWp irradiato a 8 kWh/m²/giorno sarà quindi
8 kWh.
In pratica, per via dell'orientamento non perfetto, della temperatura alta del pannello, e delle particelle che si
accumulano sui pannelli, l'output di un modulo FV da 1 kWp irradiato a 8 kWh/m²/giorno sarà inferiore di
circa il 25%: 6 kWh invece di 8 kWh.
L'ipotesi fatta per i calcoli nei paragrafi seguenti è quindi che in un giorno estivo di sole un modulo FV
da 1 kWp viene irradiato con 8 kWh/m²/giorno e produce quindi 6 kWh/giorno, più o meno in tutto il
mondo.
https://www.nvenergy.com/renewablesenvironment/renewablegenerations/documents/PVPerformanceSu
mmary.pdf
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
L'output giornaliero medio di un modulo solare dipenderà ovviamente dal clima locale e sarà inferiore e
spesso molto più basso dell'output di un giorno estivo di sole: si veda la tabella 4.
19
Latitudine Città
Media
output annuo
Output annuo medio/
giorno di sole estivo
Giorno medio di
dicembre*/
giorno di sole estivo
kWh/kWp
60
Helsinki, Finlandia
800
39%
4%
61
Anchorage, Alaska
800
38%
6%
52
Amsterdam, Paesi Bassi
900
43%
14%
48
Monaco, Germania
1000
46%
18%
47
Seattle, Washington
1000
46%
18%
43
Marsiglia, Francia
1500
68%
41%
41
New York, New York
1250
58%
35%
37
Siviglia, Spagna
1600
74%
50%
34
Los Angeles, California
1500
70%
63%
33
Phoenix, Arizona
1750
81%
61%
26
Miami, Florida
1400
65%
56%
*Il mese peggiore in termini di output FV nell'Emisfero Nord
Tabella 4: Mostra la forte riduzione di output FV in funzione della latitudine
Se, ad esempio, il requisito è quello di raccogliere sufficiente energia per alimentare il carico di base
durante un giorno di sole estivo, servirà un modulo da 850 Wp per una famiglia di due persone
attenta al consumo energetico e di circa 3700 Wp per l'abitazione sopra la media (si veda la tabella
6-8).
7.1.3. Carica della batteria
Un Blue Solar MPPT 150/70 si occuperà del modulo 850 Wp, assieme a una batteria da 24 V
(850 Wp*Ƞm*Ƞw / 24 V = 34 A di corrente di carica necessaria).
Con un modulo da 3700 Wp la scelta migliore sarà una batteria da 48 V, e serviranno anche i due
regolatori MPPT 150/70 (3700 Wp*Ƞm*Ƞw / 48 V = 74 A corrente di carica necessaria).
7.1.4. Percentuale di consumo di energia elettrica coperta da potenza FV quando si alimenta il
carico di base con Hub-1 e una batteria gli ioni di litio
Come si può dedurre dalla tabella 2, questa soluzione semplice e a basso costo fornirà più del 70%
dell'energia elettrica necessaria ogni giorno, almeno durante i giorni di sole.
E visto che l'output FV non supererà mai il consumo, non servirà reimmettere la potenza nella rete.
Nota:
A seconda della latitudine e del clima locale è possibile fare una stima approssimativa della percentuale
media del consumo di energia elettrica coperta nel corso dell'anno dalla energia FV, come riportato di
seguito:
Consumo annuo totale di energia elettrica (si veda tabella 6-8):
Ey = 365*(consumo estivo + consumo invernale)/2
Output FV annuo medio utilizzabile (si veda tabella 4): Eypv = kWp*(output annuo medio)*(efficienza
dell'hub)
Percentuale coperta da FV: α (%) = 100*Eypv/Ey
Prendiamo, ad esempio, una abitazione tipica, a Siviglia (Spagna) o ad Amsterdam (Paesi Bassi):
Dalla tabella 7: Ey = 4788 kWh
Dalla tabella 4: Eypv = 1,643*1600*0,85 = 2234 kWh (Siviglia) e 1,643*900*0,85 = 1257 kWh (Amsterdam)
Percentuale coperta da FV: α = 100*2234/4788 = 47% (Siviglia) and 26% (Amsterdam)
20
7.1.5. Autoconsumo: quanto?
Se il modulo solare è dimensionato in modo da non raccogliere mai più energia di quanta ne
richiede il carico di base (più le perdite), si raggiunge il 100% di autoconsumo.
Una capacità inferiore della batteria potrebbe comportare energia solare in eccesso (una volta che
la batteria è completamente carica).
Questo eccesso potrebbe essere reimmesso nella rete.
In alternativa, il modulo solare potrebbe essere sottodimensionato in modo da corrispondere alla
capacità della batteria.
7.1.6. Cosa succede in caso di batteria scarica (inverno, brutto tempo)?
L'inverter/caricabatterie trasferisce il carico alla rete (senza interruzioni) e si spegne.
L'inverter/caricabatterie può essere configurato per ripartire dopo che la batteria è stata ricaricata
in parte o completamente dal sole e/o dal vento.
Una batteria al piombo acido non dovrebbe essere usata in stato di scarica parziale per periodi
lunghi.
È necessaria una ricarica completa, usando la potenza della rete o di un generatore.
7.1.7. Cosa accade in caso di produzione in eccesso?
Può verificarsi quando l'abitazione è vuota, ad esempio durante il periodo delle ferie.
La potenza in eccesso può essere reimmessa nella rete.
Se non è possibile reimmetterla nella rete, il regolatore di carica limiterà la potenza presa dal
modulo solare, dopo che la batteria è stata caricata completamente.
21
7.2. Alimentazione del carico di base più altri apparecchi a spina (carichi di categoria
2 e 3) con Hub-1
Le semplici impostazioni illustrate nella sezione precedente possono essere aggiornate con facilità
per ottenere un impianto con prestazioni potenziate grazie alla funzione GridAssist.
La capacità passante massima di potenza CA dei modelli MultiPlus 800, 1200 e 1600 è 3,6 kW (16 A
a 230 V). Sono disponibili modelli con una capacità passante di 6,9 kW o più a 2 kVA e oltre. È
quindi possibile alimentare i carichi di categoria 2, con un po' di aiuto dalla rete. In caso di capacità
passante sufficiente, sarà possibile alimentare anche i carichi di categoria 3 ad alta potenza con il
MultiPlus o Quattro, con aiuto dalla rete.
In alternativa, i carichi di categoria 3 potranno essere direttamente cablati alla rete, bypassando il
MultiPlus o il Quattro (ipotizzando un collegamento di rete monofase), oppure collegati ad un'altra
fase (in caso di collegamento di rete trifase). Considerata la brevità del tempo di accensione dei
carichi di categoria 3, bypassare l'Hub risulta una soluzione pratica con influenza limitata
sulle prestazioni dell'autoconsumo.
Purtroppo, l'Hub non è bypassabile in modo semplice con i carichi di categoria 2 in quanto
vengono spostati spesso da una presa CA ad un'altra (specialmente l'aspirapolvere).
Nota:
Multiplus o Quattro
Il Multiplus ha un ingresso CA mentre il Quattro ha due ingressi CA con interruttore di trasferimento
integrato.
Il Quattro può essere collegato a due fonti CA indipendenti, ad esempio la rete e il generatore,
o due generatori. Il Quattro si connetterà automaticamente alla sorgente attiva.
7.2.1. Batteria ecc
L'energia richiesta ogni giorno dai carichi di categoria 2 e 3 è bassa rispetto al carico di base (si veda
la tabella 2). La capacità della batteria e la potenza FV, pertanto, dovranno essere aumentati del
25% per alimentare anche questi carichi nei giorni di sole.
22
7.2.2. Percentuale di consumo di energia elettrica coperta da FV
In un giorno estivo di sole verrà coperto circa il 100% dell'energia elettrica necessaria ogni giorno.
Dalla tabella 4 si può facilmente ricavare una approssimazione della percentuale media di consumo
di energia elettrica coperto da energia FV per tutto l'anno, correggendo i dati con le perdite:
Batteria agli ioni di litio: 0,85*74% = 63% per Siviglia e 0,85*43% = 37% per Amsterdam.
Batteria OPzS: 0,75*74% = 56% per Siviglia e 0,75*43% = 32% per Amsterdam.
7.2.3. Quanto autoconsumo?
Il consumo di potenza dei carichi di categoria 2+3 può essere relativamente costante solo se
pianificato con cura. Quindi, una parte di energia in eccesso può essere disponibile in alcuni giorni
estivi di sole, e in altri, invece, l'energia potrebbe scarseggiare.
7.3. Alimentazione del carico di base con Hub-2 o -3
Invece del regolatore di carica solare, è ora l'inverter/caricabatterie a caricare la batteria.
La conseguenza di ciò è che la corrente di carica necessaria può essere il fattore determinante per il
dimensionamento dell'inverter/caricabatterie.
Per alimentare il carico di base di una famiglia di due persone attenta al consumo energetico in un
giorno estivo di sole serve un modulo solare da 850 Wp (si veda la sezione 7.1). La corrente di carica
massima che ne risulta, quando tutta la potenza raccolta viene usata per caricare la batteria, a 24 V
è 850 Wp*Ƞc*Ƞpv*Ƞv / 24 V =32 A.
Ciò significa che servirà un MultiPlus da 1600 VA (si veda la tabella 6).
Il modulo da 3700 Wp per l'abitazione sopra la media richiederebbe un Quattro da 8 kVA (o due
Multi da 5 kVA in parallelo, o tre Multi da 3 kVA in configurazione trifase).
Con il regolatore di carica solare sostituito da un inverter FV e la necessità di un
inverter/caricabatterie maggiore, l'alternativa Hub-2 o Hub-3 è chiaramente la soluzione più
costosa (e anche meno efficiente: si veda la sezione 6).
Eppure, le soluzioni Hub-2 o Hub-3 possono essere preferite nei casi in cui:
- si aggiunga un dispositivo di accumulo intermedio di energia al modulo FV più inverter FV
già installati.
- La tensione FV relativamente bassa necessaria per alimentare il regolatore di carica
(massimo 150 V) e quindi la maggiore sezione trasversale del cavo non è conveniente per
via della lunghezza del cavo.
Nota:
-
-
Anche con alcune perdite ulteriori nel cablaggio dal modulo FV al regolatore di carica solare, l'Hub-1
può restare ancora la soluzione più efficiente. Per un calcolo delle perdite dei cavi CC, si veda il
manuale MPPT 150/70.
È anche possibile combinare l'Hub-1 con l'Hub-2 o 3.
La sensibilità dell'inverter FV alle variazioni di tensione CA (quando si accendono i carichi ad alto
assorbimento) può ridurre l'output FV (per via dei cali di tensione che causano spegnimenti
temporanei dell'inverter FV).
7.4. Alimentazione del carico di base più altri apparecchi a spina (carichi di categoria
2 e 3) con Hub-2 o Hub-3
L'inverter/caricabatterie più potente (necessario per la carica della batteria, si veda sezione 7.3) può
alimentare i carichi di categoria 2 e 3 senza aiuto dalla rete, o con un supporto minimo.
La capacità della batteria e il modulo FV dovranno essere aumentati del 25% solo per essere
completamente indipendenti dalla rete nell'ormai noto giorno estivo di sole.
L'autoconsumo arriverebbe quasi al 100%.
Questo traguardo ha il suo prezzo: servirà più energia FV, più capacità della batteria e un
inverter/caricabatterie più potente.
23
7.5. Cosa succede in caso di clima invernale senza sole e molto piovoso?
Durante i periodi di cattivo tempo (che possono durare giorni o anche settimane) l'output FV può
essere drasticamente ridotto a non più di una piccola percentuale del relativo output massimo
estivo, si veda la tabella 4.
Il modulo FV può essere aumentato per fornire un output sufficiente anche nei giorni con meno
sole, il che risulterebbe in un surplus di energia da reimmettere nella rete nei giorni di sole. Eppure
una dimensione maggiore di un fattore pari a 10 o più è costosa e richiede una area molto grande
per il modulo FV. Risulta, quindi, inconsueta.
Inoltre, aumentare la capacità della batteria per sopportare le settimane con output pari a zero o
vicini allo zero è estremamente costoso.
La soluzione più diffusa è quella di compensare la potenza FV insufficiente e quindi:
- usare la potenza di rete.
- installare un sistema micro-CHP (microcogenerazione) a gas. Il micro-CHP fornirà il calore e
l'energia elettrica necessari quando il sole (e/o il vento) non basta.
- installare un generatore alimentato da motore diesel.
24
8. Hub off grid
8.1. Micro-CHP (sistema di microcogenerazione)
In zone densamente popolate, il desiderio di staccarsi dalla rete può essere realizzato aggiungendo
al sistema un micro-CHP a gas.
Generare calore con l'elettricità è semplice, ma il contrario (generare elettricità con il calore) non lo
è. Quindi è preferibile un micro-CHP ad alta efficienza elettrica.
I pochi sistemi micro-CHP ad alta efficienza dimostrata (25% elettricità, 75% calore) sono tutti basati
su un generatore alimentato da un piccolo motore a combustione interna di lunga vita che
funziona con gas naturale o propano. L'elettricità prodotta dal generatore viene consumata
direttamente o accumulata nella batteria. Allo stesso tempo, il calore dal motore viene raccolto per
creare energia termica. Il calore viene usato per il riscaldamento centralizzato e/o per creare acqua
calda.
Per ulteriori informazioni si veda ad esempio http://www.bhkw-infothek.de/
I sistemi basati su motore Stirling hanno un efficienza elettrica più bassa (10-15% di elettricità, 9085% di calore) che può risultare in una produzione di calore eccessivo in un vero impianto off grid.
Il micro-CHP con cella a combustibile resta promettente per il futuro.
L'output della energia elettrica del micro-CHP dovrebbe essere per lo meno uguale alla potenza
media richiesta. Non è un valore difficile da raggiungere: anche la media del periodo invernale
dell'abitazione sopra la media è 32,12 kWh al giorno (si veda la tabella 8), che è meno di 1,4 kW in
media sulle 24 ore.
Se installato insieme al solare fotovoltaico e termico, il micro-CHP verrà usato principalmente in
inverno. L'inverter/caricabatterie deve essere dimensionato in modo da poter alimentare tutta
l'abitazione. Come si vede nella tabella 2, serviranno da tre a sedici kVA.
L'uso di gas per cucinare e asciugare i vestiti, e il riempimento a caldo per la lavatrice e la
lavastoviglie sono preferibili per ridurre la potenza di picco richiesta.
La capacità della batteria per coprire un giorno di consumo energetico nel periodo estivo sarà
sufficiente in quanto i periodi di funzionamento del micro-CHP potranno essere sincronizzati con i
periodi di consumo dell'elettricità di picco.
Il micro-CHP funzionerà in parallelo all'inverter/caricabatterie, similarmente all'inverter FV dell'Hub2 o 3.
La potenza in eccesso verrà usata per ricaricare la batteria, e la potenza mancante verrà fornita
grazie alla potenza della batteria (funzione PowerAssist dell'inverter/caricabatterie MultiPlus e
Quattro).
Il calore (calore del motore + calore di risulta) può essere usato per gli impianti di riscaldamento
domestici e per scaldare il boiler.
Quando si usano completamente gli output sia elettrico che termico, l'efficienza di un micro-CHP è
pari a circa il 98%. (ovvero il 98% del consumo calorico del gas bruciato viene trasformato in calore
ed elettricità utili).
E con il 40% dell'output elettrico consumato direttamente dal carico, l'efficienza dell'Hub, che
comprende ora il micro-CHP, sarà pari a circa l'86% in caso di batteria agli ioni di litio (si veda la
sezione 6.2).
Nota:
In caso di famiglia di due persone attenta al consumo energetico il consumo giornaliero di acqua calda
sarà tra i 100 e 150 litri (comprese lavastoviglie e lavatrice con carico a caldo), che, quando viene scaldato per
aumentare la temperatura di 40°, richiede da 5 a 6 kWj di calore.
25
(capacità specifica acqua: C = 4,2 J/(g∙°K) ≈ 1,2 Wh/(litri∙°C),
si veda http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity)
Con una efficienza elettrica del 25%, il micro-CHP produrrà 25 / 75 = 0,33 kWh di energia elettrica per kWh di
calore.
Con una richiesta di 6kWh, l'output elettrico del micro-CHP sarà pari a 2 kWh.
Se si considera una perdita del 15% (85% di efficienza) nell'hub, l'energia elettrica disponibile sarà pari a
1,7 kWh.
Il consumo giornaliero totale di energia elettrica nel periodo invernale è 7,5 kWh/giorno (si veda tabella 6).
Ciò significa che il micro-CHP coprirà circa il 23% del consumo di elettricità per una famiglia di due persone
attenta al consumo energetico solo quando in funzione per produrre l'acqua calda richiesta.
Se serve riscaldamento dell'abitazione in inverno, verrà prodotta più energia elettrica:
Nei Paesi Bassi il consumo medio annuo di gas naturale per riscaldare una casa indipendente è pari a
2000 m³.
Il contenuto calorico del gas naturale è 32 MJ/m³ e 1 kWh = 3,6 MJ.
Il bisogno medio di energia al giorno per i 6 mesi in cui serve riscaldare l'ambiente è:
32 MJ/m³ x 2000 m³ / 182 giorni = 352 MJ/giorno, o 97 kWh al giorno.
Con una richiesta di riscaldamento dell'ambiente al giorno pari a 97 kWh, l'output elettrico giornaliero del
micro-CHP sarà pari a 97 x 0,33 = 32 kWh.
Ciò finisce per essere il consumo medio giornaliero di energia elettrica in inverno per l'abitazione
sopra la media (si veda tabella 8).
Ovviamente, il micro-CHP è la soluzione da scegliere nelle aree più fredde in cui si richiede il
riscaldamento dell'abitazione.
8.2. Generatore diesel
Nelle aree remote dove non l'energia di rete non è disponibile o è scarsamente affidabile,
tradizionalmente si opta per l'installazione di un generatore diesel (generatore). Il generatore avrà
una portata tale da coprire il massimo fabbisogno di potenza previsto.
Il generatore è molto più economico (per kVA nominale) e di facile installazione e manutenzione
rispetto ad un micro-CHP ma è anche rumoroso, maleodorante, meno efficiente (tutto il calore
viene sprecato!) e richiede manutenzioni frequenti.
In più, ha una durata di vita molto più breve.
Nota:
Il generatore diesel tradizionale può essere modificato in modo da rassomigliare al massimo ad un micro-CHP
con alimentazione a gas, principalmente con modifiche atte a ridurre la rumorosità e la frequenza di
manutenzione e con l'aggiunta di un sistema di recupero del calore del motore.
Per ulteriori informazioni si veda il sito http://www.bhkw-infothek.de/
In caso di funzionamento 24 ore su 24 e 7 giorni su 7 o comunque per la maggior parte del giorno,
la tradizionale soluzione del generatore diesel presenta due inconvenienti principali:
Manutenzione e durata di vita
I generatori hanno bisogno di manutenzioni frequenti: cambio olio ogni 500 ore, sostituzione
cinghia ogni 1000 ore, ecc.
La durata di vita di un buon generatore da 1500 giri/min è di circa 10.000 ore (= 3 anni per
funzionamento 24 ore su 24, 7 gg. su 7).
Consumo di carburante con carichi bassi
Un generatore da 10 kW consumerà tra 3 e 3,5 kg di carburante (=3,7/4,4 litri) all'ora quando
alimenta un carico da 10 kW.
Con carico a zero consumerà ancora 1 kg/h! (vedere grafico 1).
26
Utilizzare un generatore 24 ore su 24, 7 gg. su 7 per fornire energia ad una abitazione, con un carico
medio e di picco inferiore al 10% (vedere la tabella 3) è dunque una soluzione costosa ed altamente
inefficiente, tanto per la manutenzione e per la durata di vita per kWh prodotto quanto, e
soprattutto, per l'elevatissimo consumo specifico di carburante ( = consumo di carburante per kWh
prodotto).
Grafico 1: Consumo di carburante dei tre generatori diesel da 1500 giri/min, max. output di potenza
9-11 kW
Come illustrato dal grafico 1, quando il generatore gira quasi al carico massimo (10 kW) il consumo
specifico di carburante è di circa 0,3 kg per kWh.
In caso di funzionamento con carico da 500 W, il consumo specifico è di circa 2 kg per kWh.
Un generatore da 10 kW in funzione 24 ore su 24, 7 gg. su 7, con un consumo medio di 1kg/h per
l'alimentazione di una abitazione tipica consumerà circa 9.000 kg (!) di carburante all'anno per
produrre i 4.788 kWh richiesti (vedere la tabella 70).
Senza butano o propano per cucinare e riscaldare l'acqua, la soluzione totalmente elettrica
aumenterà il fabbisogno giornaliero di elettricità da 8 a 21 kWh e il carico medio del generatore si
attesterebbe attorno a 1 kW. Come si può vedere dal grafico 1, questo aumenterebbe solo
marginalmente il consumo di carburante a circa 10 t annue.
E se si dovesse installare un generatore più grande per gestire picchi di carico potenzialmente più
alti, il consumo di carburante sarebbe ancora più alto.
Il grafico 2 mostra il rendimento assoluto di tre generatori rispettivamente di potenza di 3,5 kW, 7
kW e 11 kW. Si vede chiaramente che il rendimento assoluto è del 25% circa in corrispondenza del
livello di carico più efficiente. Ciò significa che anche utilizzandoli al loro livello di carico più
efficiente, solo il 25% del contenuto calorico del carburante diesel (il contenuto calorico del diesel
per automobili è di circa 45,6 MJ/Kg o di 12,7 kWh/kg) viene trasformato in energia elettrica. Il
rimanente 75% viene trasformato in calore e disperso attraverso lo scarico o il sistema di
raffreddamento motore.
27
Nota:
Per ulteriori informazioni sui generatori si veda il Test Generatore Marino VE, scaricabile dal sito
www.victronenergy.com
Absolute efficiency (%)
30
25
20
Onan e-QD MDKBL 7kW
Onan e-QD MDKBN 11kW
Paguro 4000 3,5kW
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Load (kW)
Grafico2: Rendimento assoluto di tre generatori tipici
Come si può vedere dal grafico 2, l'efficienza del generatore si riduce al 5-10% quando lavora con
un carico di 500 W.
È ovvio che c'è ancora margine di miglioramento!
Opzione 1: aggiungere un inverter/caricabatterie a bassa potenza solo per i periodi con carico
ridotto in orario notturno
Ad esempio, un MultiPlus C 24/1600/40.
L’inverter da 1600VA alimenterà il carico base. Tuttavia un carico aggiuntivo improvviso, come una
lavatrice, manderà il MultiPlus in modalità di protezione da sovraccarico, e l'alimentazione CA si
arresterà.
Per impedirlo, il generatore dev'essere in linea prima dell'accensione di qualsiasi carico pesante.
In pratica, questa opzione è funzionale se l'inverter/caricabatterie alimenta il carico base durante la
notte e il generatore è in funzione durante il giorno.
Col generatore fermo per 8 ore al giorno, il consumo annuale di carburante di una abitazione offgrid tipica si ridurrebbe a 10.000∙(24-8)/24 = 6.700 kg
Opzione 2: inverter/caricabatterie ad alta potenza per ridurre significativamente le dimensioni del
generatore e le ore di funzionamento
La potenza dell'inverter dovrebbe essere sufficiente a sostenere carichi pesanti finché il generatore
è in linea.
L'inverter/caricabatterie può generare un segnale automatico di avvio generatore in funzione del
carico. L'inverter/caricabatterie, un dispositivo di controllo della batteria o il BMS della batteria a
ioni di litio possono inoltre generare un segnale di "batteria scarica" per l'accensione del
generatore. Il funzionamento totalmente automatico del sistema è dunque possibile.
In riferimento alla tabella 2, la potenza nominale combinata del "Multi/Quattro+generatore"
dovrebbe essere tra i 10 e i 20 kW.
Così il generatore funzionerà solo nei periodi in cui è richiesta la potenza di picco e grazie al
PowerAssist l'inverter/caricabatterie potrà essere impostato in modo da far funzionare il
generatore al livello di potenza più efficiente: circa l'80% dei kW nominali di targa. Tutta la potenza
in eccesso disponibile sarà utilizzata per caricare la batteria mentre in caso di potenza insufficiente
ci sarà il supporto della batteria.
28
L'abitazione tipica completamente elettrica (né butano né propano per cucinare o riscaldare
l'acqua) avrà bisogno di una media di 21 kWh al giorno. Assumendo che l'Hub a batteria con ioni di
litio abbia un'efficienza dell'85%, il fabbisogno totale di potenza sarebbe di 21/0,85 = 25 kWh.
Con un inverter/caricabatterie da 10 kVA, la potenza del generatore potrebbe essere ridotta ad
esempio a 7 kVA.
Un generatore da 7 kVA con un carico da 4 a 5 kW funzionerà per circa 6 ore al giorno (in assenza di
potenza solare/eolica in ingresso).
L'efficienza sarà del 25% (0,3 kg di carburante per kWh) con un consumo annuo di carburante pari a
0,3 kg/kWh x 25 kWh x 365 giorni = 2.700 kg.
Meno di un terzo rispetto alla soluzione 24 ore su 24, 7 gg. su 7.
Con una batteria OPzS, il consumo di carburante sarà di 0,3 kg/kWh
(21/0,75)kWh x 365 giorni = 3.100 kg.
Ciò detto, aggiungiamo il riscaldamento elettrico a pavimento nel bagno (3 kWh/giorno) e una
piscina (nessun riscaldamento, solo pompa: 5,6 kWh/giorno). Questo porterebbe il consumo annuo
di carburante a 3.800 kg (ioni di litio) o a 4.300 kg (OPzS).
Energia solare e/o eolica per ridurre ulteriormente le ore di funzionamento
Questo è ovviamente il passaggio successivo per ridurre ulteriormente le ore di funzionamento e il
consumo di carburante. Si possono utilizzare sia l'Hub-1 che l'Hub-2 mentre l'opzione dell'Hub-3
non è percorribile in questo sistema dal momento che l'inverter FV si arresta quando il generatore
non è in funzione.
29
Generatore mono- o trifase?
Il problema con un generatore a potenza (relativamente) bassa è il bilanciamento dei carichi sulle
tre fasi.
Un generatore da 10 kVA per esempio può fornire 3,3 kVA per fase.
Ma come collegare i carichi di una abitazione tipica?
Collegare la lavatrice, l'asciugatrice e la lavastoviglie ognuna ad una fase diversa lascerebbe una
potenza molto limitata per gli altri carichi che dovessero essere attivi nello stesso momento.
Collegare la lavatrice, l'asciugatrice e la lavastoviglie tutte ad un'unica fase andrebbe bene purché
non siano usate contemporaneamente. Tutti gli altri elettrodomestici potrebbero essere distribuiti
sulle due fasi rimanenti.
In pratica, si potrebbero verificare spesso situazioni limite in cui una fase è al massimo del carico o
addirittura sovraccarica e un'altra fase invece lavora quasi a vuoto.
Cablare tutti i carichi ad un generatore monofase elimina il problema del bilanciamento dei carichi.
Pompe trifase
Le pompe per piscina e pozzo idrico sono spesso trifase ma con potenza nominale non superiore ai
3 kVA.
La soluzione è aggiungere un azionamento a frequenza variabile con ingresso monofase.
L'azionamento a frequenza variabile si collegherà ad una alimentazione monofase ed eliminerà
anche il picco di corrente di spunto.
Alimentazione dei carichi pesanti solo con generatore in funzione
Nei giorni di cielo coperto o in inverno, quando l'energia solare deve essere integrata dalla potenza
del generatore, quest'ultimo dovrebbe funzionare nei periodi di grande fabbisogno energetico o,
in alternativa, si potrebbero attivare i carichi ad alta potenza (pompaggio e riscaldamento
dell'acqua) solo quando il generatore è in funzione.
A questo scopo, gli inverter/caricabatterie Multi e Quattro sono dotati di una seconda uscita CA
programmabile.
Questa uscita collegherà i carichi aggiuntivi con un ritardo di 1 minuto per consentire al generatore
di stabilizzarsi.
Sarà il PowerAssist a tener conto dei carichi aggiuntivi (cosa che non accadrebbe se fosse
collegato direttamente al generatore).
9. Definizione: modulo fotovoltaico 100% e batteria 100%
Dalla sezione 7.1.2:
L'irradiazione solare sui pannelli rivolti a sud con inclinazione asse ≈ latitudine in un giorno estivo di sole è
all'incirca 8 kWh/m²/giorno, e relativamente indipendente dalla latitudine.
Grazie a questa approssimazione (molto) generica diventa possibile considerare l'output di energia
FV a prescindere dalla latitudine e dal clima locale e procedere ad un adeguamento in base alle
condizioni locali grazie alla tabella 4.
Tenendo a mente questa approssimazione, può essere molto illuminante considerare l'output di
energia FV in unità di output giornaliero nei giorni di sole estivo (≈ 6 kWh per kWp come illustrato
alla sezione 7.1.2) e, correlando l'output al consumo, considerare FV in relazione al consumo
energetico di un'abitazione, un piccolo ufficio, un'officina o di tutte quelle situazioni in cui il
fabbisogno giornaliero di energia elettrica oscilla tra 1 e 100 kWh.
Pertanto discuteremo l'output giornaliero del modulo FV nei giorni di sole estivi e, allo stesso
modo, la capacità di accumulo utile di batteria, in termini di consumo giornaliero di energia.
30
Si definisce modulo FV 100% quel modulo che serve a coprire il 100% del consumo giornaliero di
energia elettrica di una data abitazione o simili, in un giorno di sole estivo.
Un modulo FV 50% coprirebbe il 50% del consumo energetico in un giorno di sole estivo.
Allo stesso modo, una batteria 100% è una batteria con capacità di accumulo utile sufficiente a
immagazzinare l'energia necessaria per una giornata estiva.
10. Costo
10.1. Autoconsumo: capacità di accumulo eccellente
L'autoconsumo è un fenomeno relativamente nuovo. La sua crescente popolarità è dovuta
all'aumento dei prezzi al dettaglio dell'elettricità e alla contemporanea diminuzione delle tariffe
incentivanti (FIT). Ad esempio, vendere l'energia fotovoltaica in eccesso a 15 centesimi di Euro per
kWh a mezzogiorno e ricomprarla la sera a 25 centesimi non sembra un bell'affare. Meglio
accumulare quanto in eccesso per riutilizzarlo in un altro momento.
Da un punto di vista esclusivamente finanziario, l'accumulo intermedio rappresenta una proposta
interessante se il costo aggiuntivo richiesto è inferiore ai costi sostenuti vendendo elettricità a
prezzi bassi per poi ricomprarla in un secondo momento a prezzi superiori.
Una giustificazione finanziaria ragionevolmente precisa per l'accumulo intermedio è difficile da
elaborare. Ad eccezione delle regioni desertiche con latitudine molto bassa dove il sole batte ogni
giorno, l'output di energia FV sarà soggetto a notevoli variazioni da giornata a giornata e da
stagione a stagione. L'installazione di un modulo FV con accumulo di energia a copertura del 100%
del fabbisogno giornaliero di energia in un giorno di sole estivo (la soluzione con autoconsumo al
100%) non è certo ottimale in regioni con latitudini elevate: la batteria sarà sovradimensionata nei
giorni di cielo coperto e andrà addirittura in riposo nelle scure giornate invernali quando l'output di
energia FV è vicino allo zero.
Quello che si può affermare con certezza è che:
- La capacità di accumulo ottimale (in termini finanziari) aumenta all'aumentare della
differenza tra il prezzo al dettaglio dell'elettricità e la tariffa incentivante (FIT).
- La capacità di accumulo ottimale diminuisce con la latitudine (e dipende inoltre dal clima
locale).
- La capacità di accumulo ottimale aumenta al diminuire del costo di sistema.
Dal momento che non abbiamo (ancora) individuato un metodo semplice per il calcolo anche
approssimativo della capacità di accumulo intermedio ottimale, assumiamo semplicemente che sia
attorno al 30% dell'output del modulo FV in un giorno di sole estivo.
Un altro punto è che l'autoconsumo serve a garantire la stabilità della rete. Un sistema con capacità
di accumulo limitata si comporterà in ogni caso come un sistema senza accumulo intermedio una
volta che la batteria sia totalmente carica. In un giorno di sole estivo, ad esempio, la batteria potrà
raggiungere la carica completa prima di mezzogiorno e non essere di alcuna utilità
nell'attenuazione delle fluttuazioni e nella limitazione della reimmissione in rete nei momenti di
maggiore necessità.
Ci si potrebbe pertanto aspettare che nell'immediato futuro si possa impostare un qualche limite
alla quantità di energia che può essere reimmessa nella rete.
Il limite potrebbe stabilire per esempio che la reimmissione non debba mai superare una data
percentuale della potenza (Pw) nominale del modulo. Con un limite del 60%, ad esempio, la
potenza reimmessa non dovrebbe superare il 60% della potenza FV installata.
L'energia che approssimativamente verrebbe sprecata o potrebbe essere meglio accumulata in una
batteria grazie a tale regola viene calcolata qui di seguito:
31
Assumendo che l'output di energia dal modulo possa essere approssimato a mezzo cerchio (iniziando da
zero la mattina, arrivando all'output massimo a mezzogiorno e tornando a zero nel tardo pomeriggio),
l'energia che non deve essere reimmessa nella rete (o che potrebbe essere reimmessa più tardi nella
giornata) viene rappresentata dal segmento circolare verde della figura 5.
Figura 5: Limitazione della potenza di picco reimmessa nella rete
Dove Pw = R = 1, d∙Pw è la potenza massima reimmissibile nella rete.
L'area A del segmento circolare verde è
A = (R²/2)∙( – sen
con
(cfr http://en.wikipedia.org/wiki/Circular_segment )
E l'area del mezzo cerchio corrisponde a C = (½)∙πR²
Con queste formule la percentuale da "tagliare" per limitare la reimmissione a d∙Pw per diversi valori di d può
essere calcolata come segue:
d = 0,6: A/C = 0,45/1,57 ≈ 0,3
d = 0,5: A/C = 0,61/1,57 ≈ 0,4
d = 0,4: A/C = 0,79/1,57 ≈ 0,5
(cfr http://www.handymath.com/cgi-bin/arc18.cgi )
Se d = 0,6 (a significare che la reimmissione in rete non dovrebbe mai superare il 60% della potenza
Pw nominale del modulo), l'area verde rappresenta il 30% del mezzo cerchio, e pertanto almeno il
30% dell'output di energia del modulo deve essere assorbito dal carico e/o accumulato nella
batteria.
In questo caso, assumendo di avere un carico a zero, un'efficienza di sistema pari al 100% e una
batteria scarica la mattina, si potrebbe ridurre l'accumulo della batteria al 30% dell'output di
energia FV del giorno di sole estivo e al contempo soddisfare ancora la regola (ipotetica)
dell'autoconsumo. La batteria sarebbe quindi utilizzata per immagazzinare il contenuto energetico
dell'area verde mentre l'output residuo di energia del modulo solare potrebbe essere reimmesso in
rete.
Nota:
L'alternativa è semplicemente quella di limitare l'output di energia dell'inverter di rete al 60% della potenza
Pw installata: non serve alcun accumulo e il 30% dell'output potenziale del modulo verrà disperso nei giorni
di sole estivi.
32
10.2. Off-grid: capacità di accumulo eccellente
Quando si hanno a disposizione un micro-CHP o un generatore, la capacità utile sufficiente a
coprire una giornata piena è lo standard generalmente accettato.
Se il sole e/o il vento sono le uniche fonti di energia, servirà una combinazione di
sovradimensionamento dell'output di energia FV e/o eolica e di sovradimensionamento della
capacità della batteria (ossia oltre il 100% secondo la definizione della sezione 9) per coprire periodi
a basso output di energia FV/eolica.
10.3. Batteria: al piombo acido o agli ioni di litio, parte 2
10.3.1. Litio ferro fosfato
Sarebbe meglio non scaricare una batteria al litio ferro fosfato (LiFePO4 o LFP) al di sotto del 20%
della sua capacità nominale. Può essere scaricata circa 2000 volte fino al 20% e ricaricata a corrente
elevata fin quasi al 100% (scaricandola regolarmente fino a meno del 20% la resistenza ai cicli di
carica si ridurrebbe in maniera sproporzionata).
La capacità Ah (e kWh) utile è pertanto l'80% della sua capacità nominale.
10.3.2. Piombo acido a piastre tubolari
Le batterie al piombo acido a piastre tubolari, sia a liquido elettrolita (OPzS: Piastre positive
tubolari corazzate) che gel (OPzV) sono piuttosto robuste e hanno dimostrato di avere ottime
prestazioni in sistemi off-grid. Questo in base alla nostra esperienza oltre che a svariati test:
http://www.cres.gr/kape/publications/photovol/5BV-335.pdf
http://www.iea-pvps.org/index.php?id=9&eID=dam_frontend_push&docID=376
Possono essere scaricate regolarmente fino al 30% della loro capacità C10 ma l'efficienza di carica
diventa molto bassa e l'accettazione della corrente di carica si riduce notevolmente una volta che la
carica della batteria ha raggiunto l'80%.
Questa batterie dovrebbero quindi sopportare cicli tra l'80% e il 30% e essere caricate regolarmente
fino al 100% pieno per prevenire la solfatazione.
Un'altra ragione per provvedere regolarmente alla carica completa delle batterie OPzS è la
stratificazione dell'acido.
(http://batteryuniversity.com/learn/article/water_loss_acid_stratification_and_surface_charge/ )
Le batterie OPzS e OPzV hanno una elevata resistenza interna, il che significa che l'efficienza e la
capacità disponibile diminuiranno sostanzialmente in presenza di correnti di carica e scarica
elevate.
(per le specifiche si veda http://www.victronenergy.com/upload/documents/Datasheet%20%20OPzS%20batteries%20-%20rev%2004%20-%20EN.pdf )
10.3.3. Batterie al piombo acido VRLA a piastre piane e a piastre piane con liquido elettrolita
Sono disponibili molti tipi differenti di batterie a piastre piane con liquido elettrolita e batterie
VRLA (al piombo acido regolate a valvola: gel e tappeto di vetro assorbente AGM) e, in linea
generale, le migliori sono anche le più costose. In base alla nostra esperienza, in ogni caso, queste
batterie sono meno robuste delle OPzV a piastre tubolari e soprattutto delle batterie OPzS in
termini di capacità dei cicli di carica e di rischi di solfatazione.
Victron Energy vende una gamma di batterie VRLA (Gel e AGM) a piastre piane e scarica profonda,
dotate di piastre più spesse rispetto alle batterie per automobile e alle batterie VRLA più
economiche. Ciò si traduce in una buona prestazione in termini di cicli di carica ma non elimina il
rischio di solfatazione.
(per le specifiche si veda http://www.victronenergy.com/upload/documents/Datasheet%20%20GEL%20and%20AGM%20Batteries%20-%20rev%2007%20-%20EN.pdf )
Si raccomanda di limitare la scarica di queste batterie al 50% della loro capacità nominale su 20 ore
(C20).
33
Come le batterie a piastre tubolari, l'efficienza di carica si abbassa molto e l'accettazione della
corrente di carica si riduce in maniera sensibile una volta che la carica della batteria ha raggiunto
l'80%.
Queste batterie dovrebbero quindi sopportare cicli tra l'80% e il 50% e essere caricate
regolarmente fino al 100% pieno per limitare la solfatazione.
Nella tabella che segue si confrontano diverse batterie.
Piastre piane
AGM
Piastre tubolari
a liquido elettrolita
(OPzS)
Piastre tubolari
gel (OPzV)
Agli ioni di litio
LiFePO4
Costo per kWh
nominale
Capacità utile
Costo per kWh utile
€ 188
€ 312
€ 432
€ 1.233
30%
€ 627
50%
€ 624
50%
€ 864
80%
€ 1.541
Efficienza con I = 0,1C ²
80%
80%
80%
92%
Efficienza con I = 0,5C
70%
60%
60%
92%
Quantità di cicli a 25°C
Volume per kWh utile
Peso per kWh utile
750 - 1500 ¹
11,3 cm³
82 kg
2500
15,4 cm³
82 kg
2000 - 2500
15,4 cm³
82 kg
2000
8,7 cm³
17 kg
Applicazione
uso stagionale cicli di carica per tutto cicli di carica per tutto
- casa di
l'anno
l'anno
vacanza off- abitazioni, piccoli
- abitazioni, piccoli
grid
uffici, officine, ecc
uffici, officine, ecc
Possibilità di
installazione nella
zona giorno
Serve ricarica
completa regolare
Serve manutenzione
regolare
cicli di carica per tutto
l'anno
- abitazioni, piccoli
uffici, officine, ecc
sì
no
sì
sì
sì
sì
sì
no
no
sì
no
no
Note:
1) In conseguenza della loro relativa fragilità, in pratica le batterie gel e AGM a piastre piane (e in misura
ridotta le OPvZ) raramente raggiungono il numero di cicli (1500) raggiungibile in condizioni di
laboratorio.
2) 0,1C indica una corrente di carica e scarica equivalente a 0,1 volte la capacità nominale in Ah. Per una
batteria da 100 Ah tale corrente sarebbe quindi di 10 A
Tabella 5: Confronto batterie
10.4. Il modulo FV
La riduzione globale delle tariffe incentivanti (FIT) si è tradotta in una sovracapacità dei pannelli FV
invece che in una loro insufficienza e in una riduzione drastica del prezzo.
Come si può dedurre dalle tabelle 6-8, il costo del modulo FV 100% è circa il 20% del costo totale
mentre la batteria agli ioni di litio 100% rappresenta il 70% del totale.
Se l'area (di tetto) disponibile non ha limitazioni, il modulo FV può essere allargato notevolmente
con effetti limitati sui costi totali.
E ciò va ovviamente fatto se, in base ai regolamenti locali, sono previsti compensi per la
reimmissione di energia in rete. Raddoppiando l'area si avrebbe il 50% di autoconsumo in un
giorno di sole estivo, e fino a 45 gradi di latitudine si raccoglierebbe energia sufficiente per
alimentare un'abitazione durante la maggior parte dell'anno (a seconda del clima locale, vedere
tabella 4).
34
E anche nel caso in cui i regolamenti locali non prevedano compensi o addirittura proibiscano la
reimmissione in rete, avere una certa capacità in eccesso nei giorni di sole estivi potrebbe essere
comunque conveniente per poter raccogliere più energia negli altri giorni.
35
10.5. Esempi: costo dei componenti principali
La tabella seguente illustra le opzioni discusse per l'autoconsumo con l'indicazione di costo di
ciascun componente principale in base ai prezzi al consumo raccomandati Victron Energy.
10.5.1. In sintesi:
Si sono analizzate tre tipologie di abitazioni, ciascuna delle quali viene presentata in una delle
tabelle seguenti:
Famiglia di due persone attenta al consumo energetico
Abitazione tipica
Abitazione sopra la media
I requisiti e i costi necessari per le altre applicazioni, come piccoli uffici o officine, possono essere
facilmente calcolati in base a questi tre esempi.
Il foglio di calcolo per la creazione delle tabelle è scaricabile dal sito www.victronenergy.com.
Per ciascuna abitazione sono stati identificati tre tipi di carichi:
Categoria 1: il carico base, costituito soprattutto da elettrodomestici a bassa potenza tenuti accessi
permanentemente o comunque per lunghi periodi di tempo ogni giorno. Il carico base pertanto presenta un
basso rapporto kW/kWh e può essere alimentato in maniera efficiente da batteria e inverter a bassa potenza.
Il carico base è di gran lunga il più forte elemento di consumo di energia elettrica dell'abitazione.
Categoria 2: apparecchi a spina, che possono essere spostati facilmente da una presa all'altra (specialmente
l'aspirapolvere) e vengono utilizzati per brevi periodi di tempo. Questi carichi hanno un elevato rapporto
kW/kWh ma non è possibile separarli facilmente dal carico base.
Categoria 3: carichi fissi che sono sempre collegati alla stessa presa. Alle volte è possibile bypassare l'Hub e
collegare questi carichi direttamente alla rete, riducendo quindi la potenza di picco richiesta. Si può ridurre la
potenza di picco richiesta utilizzando energia termica solare e/o il gas al posto dell'elettricità ai fini del
riscaldamento.
Grazie ad un sistema di gestione del carico molti carichi di categoria 3 possono essere accesi quando c'è il
sole, aumentando quindi l'autoconsumo senza alcuna necessità di capacità di accumulo aggiuntiva per la
batteria.
10.5.2. Le prime tre tabelle (tabelle 6-8) riflettono gli esempi esaminati nella sezione 7
•
•
Modulo FV:
Il modulo FV è stato dimensionato in modo da raccogliere energia sufficiente a fornire il 100%
dell'energia richiesta da una o più categorie di carico in un giorno di sole estivo.
Il principio alla base di questa scelta è che:
- In un giorno di sole estivo l'energia raccolta da un pannello solare è più o meno la stessa in ogni
parte del mondo. Le tabelle sono quindi applicabili universalmente.
- Con un accumulo di batteria sufficiente, l'autoconsumo sarà vicino al 100% anche in un giorno di
sole estivo.
Di conseguenza tutti gli altri giorni dell'anno la quantità di energia raccolta non sarà sufficiente a
coprire il fabbisogno. Una certa quantità di energia aggiuntiva dovrà essere fornita dalla rete.
L'autoconsumo sarà sempre e comunque del 100%.
Batteria agli ioni di litio:
La batteria agli ioni di litio è stata dimensionata per immagazzinare l'energia necessaria per una o
più categorie di carico durante un giorno di sole estivo. Durante l'anno pertanto l'autoconsumo al
100% sarà sempre garantito. Ma la batteria sarà sovradimensionata in tutti quei giorni dell'anno in
cui si raccoglie meno energia.
La batteria agli ioni di litio è chiaramente e di gran lunga l'elemento più costoso del sistema.
36
10.5.3. Tabelle da 9 a 11: tre abitazioni con batteria OPzS
• Batteria OPzS:
•
In queste tabelle la batteria agli ioni di litio è stata sostituita da un batteria OPzS, di nuovo
dimensionata per immagazzinare l'energia necessaria per una o più categorie di carico durante un
giorno di sole estivo. Durante l'anno pertanto l'autoconsumo al 100% sarà sempre garantito. Ma la
batteria sarà sovradimensionata in tutti quei giorni dell'anno in cui si raccoglie meno energia. La
capacità di accumulo di energia nominale è più elevata perché la capacità utile si riduce al 50%
rispetto all'80% della batteria agli ioni di litio (cfr. sezione 10.3.3).
Modulo FV:
Il modulo FV è stato dimensionato nuovamente in modo da raccogliere energia sufficiente a fornire
il 100% dell'energia richiesta da una o più categorie di carico in un giorno di sole estivo.
La potenza Pw leggermente superiore del modulo riflette l'efficienza inferiore della batteria OPzS
rispetto a quella agli ioni di litio.
Il costo totale del sistema è in ogni caso molto inferiore rispetto all'opzione della batteria agli ioni di
litio.
Con accumulo di batteria al 100% e FV 100%, la colonna intitolata categoria 1+2+3 nelle tabelle da
6 a 11 rappresenta una situazione di off-grid con sufficiente potenza FV da impedire l'attivazione
del micro-CHP o del generatore nei giorni di sole estivi. Le ore di funzionamento del micro-CHP o
del generatore possono essere ulteriormente ridotte sovradimensionando il modulo FV e/o la
batteria.
10.5.4. Tabelle da 12 a 14: Accumulo di energia della batteria ridotto al 30% dell'output FV
Le tabelle da 12 a 14 constano tutte di 5 sottotabelle che riassumono i costi per svariate soluzioni
FV e di batteria.
Le prime sottotabelle (a) sono le versioni condensate delle tabelle da 6 a 8.
Sia la batteria agli ioni di litio che il modulo FV sono dimensionati al 100%.
Le tre sottotabelle seguenti (b, c, d) si basano su una regola di autoconsumo che stabilisce che il
60% è il massimo di potenza Wp del modulo immissibile nuovamente in rete. Come illustrato nella
sezione 10.1, l'accumulo della batteria può essere ridotto circa al 30% dell'output di kWh del
modulo nel giorno di sole.
Nelle sottotabelle b la dimensione del modulo FV è stata mantenuta al 100% con la conseguente
riduzione al 30% dell'accumulo di batteria.
Nelle sottotabelle c e d la dimensione del modulo FV è stata aumentata rispettivamente fino al
200% e 300% con un conseguente aumento proporzionale dell'accumulo di batteria.
Nelle sottotabelle e il modulo FV è stato nuovamente dimensionato al 300% ma la batteria agli ioni
di litio è stata sostituita da una OPzS dimensionata al 100%.
Nota:
Relativamente all'efficienza di sistema, la questione si complica non appena le dimensioni della batteria si
riducono tanto da non poter più immagazzinare l'energia quotidiana raccolta dal sole (o dal vento), come nel
caso in cui ad esempio l'accumulo di batteria viene ridotto al 30% dell'output di energia del modulo FV di un
giorno di sole. In quel caso, parte dell'energia potenzialmente raccolta sarà dispersa (se la reimmissione in
rete non è possibile) o sarà consumata direttamente dal carico (se presente), oppure sarà immessa
nuovamente in rete bypassando la batteria.
La reimmissione diretta in rete aumenta l'efficienza (nessuna perdita per i cicli di carica della batteria) e allo
stesso tempo diminuisce l'autoconsumo.
Nota:
Non tutti i giorni sono giorni di sole estivi nella maggior parte delle regioni. Quando si raccoglie meno
energia, relativamente meno energia "attraversa" la batteria, diminuendo l'efficienza ma aumentando
l'autoconsumo.
37
Per semplificare le cose, la creazione delle sottotabelle è stata fatta a partire dall'assunto che il 100%
dell'energia raccolta attraversi la batteria. Questa ipotesi può avvicinarsi al vero nelle zone ad alte latitudini e
con pochi giorni di sole ma risulta pessimistica (in termini di efficienza) nel caso di zone assolate a basse
latitudini.
Se consideriamo ad esempio Siviglia (in Spagna), la tabella 4 dimostra che l'output medio annuo di energia
corrisponde al 74% dell'output di un giorno di sole estivo. Se la batteria è dimensionata per accumulare il
30% dell'output di energia FV del giorno di sole estivo, indicativamente il 74% - 30% = 44% verrà reimmesso
in rete e/o alimenterà un carico, bypassando la batteria e le perdite correlate (8% nel caso degli ioni di litio e
circa il 20% per il piombo acido).
Nota:
La capacità della batteria si ridurrà lentamente col tempo. La capacità di fine vita generalmente riconosciuta
equivale all'80% della capacità nominale di targa. Per poter avere ancora a disposizione la capacità necessaria
alla fine della vita della batteria, si dovrebbe sovradimensionare una batteria nuova in base a un fattore di
1/0,8 = 1,25. Tale fattore non è compreso nella capacità di accumulo dell'energia calcolato nelle tabelle
seguenti.
38
Famiglia di due persone attenta al consumo
energetico
Batteria agli ioni di litio
Categoria 1+2
(più carichi a spina)
Categoria 1
(carico base)
Categoria 1+2+3
(l'intera abitazione)
Consumo di energia
elettrica
Estate
S
Inverno
Annuo
W
Ey = 365*(S+W)/2
4,37
5,73
Capacità di accumulo Ah
Esc/Nv
Costo
1233
kWh
5,75
7,11
7,46
kWh
1801
2286
2410
kWh
Una batteria agli ioni di litio con capacità di accumulo sufficiente a immagazzinare il 100% del consumo giornaliero di
energia elettrica in estate
Capacità di accumulo
7,62
S/(0,80*0,94)
5,81
dell'energia (Esc)
Tensione nominale (Nv)
6,08
8,09
24
24
24
242
317
337
€/kW
€ 7.165
€ 9.395
kWh
V
Ah
€ 9.969
Un modulo solare con output sufficiente ad alimentare il 100% del carico in un giorno di sole
estivo
Output giornaliero
S*
1
4,37
5,73
richiesto per Hub (RdHo)
Output FV giornaliero
6,74
RdHo/0,85
5,14
richiesto (RdPVo)
6,08
kWh/giorno
7,15
kWh
Wp modulo
1192
Wp
RdPVo/6
Costo
2,19
857
€/Wp
1124
€ 1.877
€ 2.461
€ 2.611
Hub-1
Efficienza regolatore di
carica solare + cavi CC
Corrente di carica max.
Ƞm*Ƞw
Ƞm*Ƞw*Awp/Nv
Regolatore di carica
solare
96
96
96
%
34
45
48
A
MPPT 70/50
Carico max. (L)
L
Inverter/caricabatterie
€ 260
660
MPPT 70/50
2660
Multi
24/2000/50
24/1200/25
Hub-1: costo dei componenti principali
€ 969
€ 260
W
Multi
€ 1.454
24/3000/70
€ 10.271
MPPT 70/50
2660
Multi
Richiesto GridAssist
GridAssist non richiesto
€ 260
24/2000/50
€ 1.454
24/3000/70
€ 13.570
€ 14.294
Hub-2 o -3
Inverter FV
1,5 kW
€ 1.149
1,5 kW
€ 1.149
1,5 kW
Efficienza Inverter FV +
Inverter/caricabatterie
Ƞc*Ƞpv*Ƞv
Corrente di carica max.
Ƞc*Ƞpv*Ƞv*Awp/Nv
32
L
660
Multi
Multi
Multi
Carico max. (L)
Inverter/caricabatterie
GridAssist non richiesto
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
90
24/1600/40
90
€ 1.163
€ 1.149
kW
90
%
42
45
A
2660
2660
W
24/3000/70
€ 11.354
€ 2.180
€ 15.185
24/3000/70
€ 2.180
€ 15.909
Tabella 6: Famiglia di due persone attenta al consumo energetico
Batteria ioni di litio 100% e FV 100%
La colonna intitolata Categoria 1+2+3 comprende i carichi fissi (= elettrodomestici sempre collegati
alla stessa presa).
In questo esempio i carichi fissi consumano, in media, solo 350 Wh al giorno.
Questo perché si sono fatte le scelte che seguono:
- lavatrice con riempimento a caldo, migliore della categoria
- asciugatrice con riscaldatore a gas
- lavastoviglie con riempimento a caldo
- piano cottura a gas
- riscaldamento centrale e caldaia a gas
39
Abitazione tipica
Batteria agli ioni di
litio
Categoria 1+2
(più carichi a spina)
Categoria 1
(carico base)
Categoria 1+2+3
(l'intera abitazione)
Consumo di energia elettrica
Estate
Inverno
Annuo
S
8,38
10,02
12,07
kWh
W
11,14
12,78
14,83
kWh
3475
4058
4788
kWh
Ey = 365*(S+W)/2
Una batteria agli ioni di litio con capacità di accumulo sufficiente a immagazzinare il 100% del consumo giornaliero di
energia elettrica in estate
Capacità di accumulo
S/(0,80*0,94)
11,14
13,32
16,05
dell'energia (Esc)
Tensione nominale (Nv)
Capacità di accumulo Ah
Esc/Nv
Costo
1233
24
48
48
464
278
334
€/kW
€ 13.740
kWh
V
Ah
€
19.790
€ 16.429
Un modulo solare con output sufficiente ad alimentare il 100% del carico in un giorno di sole
estivo
Output giornaliero richiesto
S*
1
8,38
10,02
per Hub (RdHo)
Output FV giornaliero
RdHo/0,85
9,86
11,79
richiesto (RdPVo)
12,07
kWh/giorno
14,20
kWh
Wp modulo
2367
Wp
RdPVo/6
Costo
2,19
1643
€/Wp
1965
€ 3.598
€ 4.303
€ 5.183
Hub-1
Efficienza regolatore di
carica solare + cavi CC
Ƞm*Ƞw
96
96
96
%
Corrente di carica max.
Ƞm*Ƞw*Awp/Nv
66
39
47
A
Regolatore di carica solare
MPPT 150/75
Carico max. (L)
L
Inverter/caricabatterie
€ 720
MPPT 150/75
1305
3305
Multi
Multi
€ 720
MPPT 150/75
3805
48/3000/35
24/2000/50
Hub-1: costo dei componenti principali
€ 1.454
48/3000/35
€ 19.513
W
Multi
Richiesto GridAssist
GridAssist non richiesto
€ 720
€ 2.180
€ 2.180
48/5000/70
€
27.873
€ 23.632
Hub-2 o -3
Inverter FV
Efficienza Inverter FV +
Inverter/caricabatterie
Corrente di carica max.
2 kW
Ƞc*Ƞpv*Ƞv
Ƞc*Ƞpv*Ƞv*Awp/Nv
Carico max. (L)
Inverter/caricabatterie
GridAssist non richiesto
L
€ 1.393
2 kW
€ 1.393
2,8 kW
€ 1.670
kW
90
90
90
%
62
37
45
A
W
1305
3305
3805
Multi
Multi
Multi
24/3000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 2.180
€ 20.912
48/3000/35
€ 2.180
€ 24.305
48/5000/70
€ 2.907
€
29.550
Tabella 7: Abitazione tipica
Batteria ioni di litio 100% e FV 100%
La colonna intitolata Categoria 1+2+3 comprende i carichi fissi (= elettrodomestici sempre collegati
alla stessa presa) che, in questo esempio, consumano in media 2050 Wh al giorno:
- lavatrice con scalda acqua elettrico
- asciugatrice con riscaldatore elettrico
- lavastoviglie con scalda acqua elettrico
- piano cottura a gas
- riscaldamento centrale e caldaia a gas
40
Abitazione sopra la media
Batteria agli ioni di litio
Categoria
1+2 (più
carichi a spina)
Categoria 1
(carico base)
Categoria 1+2+3
(l'intera abitazione)
Consumo di energia elettrica
Estate
Inverno
Annuo
S
18,96
20,88
27,98
kWh
W
23,10
25,02
32,12
kWh
7487
8170
10698
kWh
Ey = 365*(S+W)/2
Una batteria agli ioni di litio con capacità di accumulo sufficiente a immagazzinare il 100% del consumo giornaliero di
energia elettrica in estate
Capacità di accumulo
S/(0,80*0,94)
25,21
27,77
37,21
dell'energia (Esc)
Tensione nominale (Nv)
Capacità di accumulo Ah
Esc/Nv
Costo
1233
48
48
48
525
578
775
€
31.087
€/kW
€
34.235
kWh
V
Ah
€
45.877
Un modulo solare con output sufficiente ad alimentare il 100% del carico in un giorno di sole
estivo
Output giornaliero
S*
1
18,96
20,88
richiesto per Hub (RdHo)
Output FV giornaliero
RdHo/0,85
22,31
24,56
richiesto (RdPVo)
27,98
kWh/giorno
32,92
kWh
Wp modulo
5486
RdPVo/6
Costo
2,19
3718
€/Wp
4094
€ 8.142
Wp
€
12.015
€ 8.966
Hub-1
Efficienza regolatore di
carica solare + cavi CC
Corrente di carica max.
Ƞm*Ƞw
Ƞm*Ƞw*Awp/Nv
Regolatore di carica
solare
96
96
74
MPPT 150/75
Carico max. (L)
L
Inverter/caricabatterie
€ 720
96
%
82
110
A
2*MPPT 150/75
2*MPPT
150/75
2560
4560
Multi
Multi
Richiesto GridAssist
48/3000/35
GridAssist non richiesto
48/3000/35
€ 2.180
€ 1.440
10560
W
Multi
€ 2.180
48/5000/70
€
42.129
Hub-1: costo dei componenti principali
€ 1.440
48/5000/70
€ 2.907
48/10000/140
€
46.822
€
62.239
Hub-2 o -3
Inverter FV
5 kW
Efficienza Inverter FV +
Inverter/caricabatterie
Ƞc*Ƞpv*Ƞv
Corrente di carica max.
Ƞc*Ƞpv*Ƞv*Awp/Nv
70
L
2560
Carico max. (L)
Inverter/caricabatterie
GridAssist non richiesto
€ 2.554
90
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 2.554
90
Multi
48/5000/70
5 kW
€
44.690
€ 4.000
kW
90
%
77
103
A
4560
10560
W
Multi
€ 2.907
8 kW
48/8000/110
Multi
€ 4.748
€
50.504
48/10000/140
€ 5.233
€
67.125
Tabella 8: Abitazione sopra la media
Batteria ioni di litio 100% e FV 100%
La colonna intitolata Categoria 1+2+3 comprende i carichi fissi (= elettrodomestici sempre collegati
alla stessa presa) che, in questo esempio, consumano in media 7100 Wh al giorno:
- lavatrice con scalda acqua elettrico
- asciugatrice con riscaldatore elettrico
- lavastoviglie con scalda acqua elettrico
- piano cottura elettrico a induzione
- riscaldamento centrale e caldaia a gas
41
Famiglia di due persone attenta al consumo
energetico
Batteria OPzS
Categoria
1+2
(più carichi a
spina)
Categoria 1
(carico base)
Categoria 1+2+3
(l'intera abitazione)
Consumo di energia
elettrica
Estate
S
4,37
5,73
6,08
kWh
Inverno
W
5,75
7,11
7,46
kWh
1801
2286
2410
kWh
Annuo
Ey = 365*(S+W)/2
Una batteria OPzS con capacità di accumulo sufficiente a immagazzinare il 100% del consumo di energia elettrica di un giorno
estivo
Capacità di accumulo
S/(0,50*0,94)
9,30
12,19
12,94
dell'energia (Esc)
Tensione nominale (Nv)
Capacità di accumulo Ah
Esc/Nv
Costo
312
24
24
24
387
508
539
€/kW
€ 2.901
€ 3.804
kWh
V
Ah
€ 4.036
Un modulo solare con output sufficiente ad alimentare il 100% del carico in un giorno di sole estivo
Output giornaliero
richiesto per Hub (RdHo)
Output FV giornaliero
richiesto (RdPVo)
S*
Wp modulo
1
4,37
5,73
6,08
kWh/giorno
kWh
RdHo/0,75
5,83
7,64
8,11
RdPVo/6
971
1273
1351
Costo
2,19
€/Wp
€ 2.127
€ 2.789
Wp
€ 2.959
Hub-1
Efficienza regolatore di
carica solare + cavi CC
Ƞm*Ƞw
Corrente di carica max.
Ƞm*Ƞw*Awp/Nv
Regolatore di carica solare
96
39
MPPT 70/50
Carico max. (L)
L
Inverter/caricabatterie
96
51
€ 260
MPPT 70/50
MPPT 70/50
660
2660
2660
Multi
Multi
24/2000/50
24/1200/25
Hub-1: costo dei componenti principali
€ 969
€ 1.454
24/3000/70
€ 6.257
%
54
€ 260
Multi
Richiesto GridAssist
GridAssist non richiesto
96
24/2000/50
A
€ 260
W
€ 1.454
24/3000/70
€ 8.306
€ 8.709
Hub-2 o -3
Inverter FV
1,5kW
€ 1.149
1,5kW
€ 1.149
1,5kW
Efficienza Inverter FV +
Inverter/caricabatterie
Ƞc*Ƞpv*Ƞv
Corrente di carica max.
Ƞc*Ƞpv*Ƞv*Awp/Nv
32
L
660
Multi
Multi
Multi
Carico max. (L)
Inverter/caricabatterie
GridAssist non richiesto
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
90
24/1600/40
90
€ 1.163
€ 1.149
kW
90
%
42
45
A
2660
2660
W
24/3000/70
€ 7.340
€ 2.180
€ 9.921
24/3000/70
€ 2.180
€ 10.324
Tabella 9: Famiglia di due persone attenta al consumo energetico
Batteria OPzS 100% e FV 100%
La colonna intitolata Categoria 1+2+3 comprende i carichi fissi (= elettrodomestici sempre collegati
alla stessa presa).
In questo esempio i carichi fissi consumano, in media, solo 350 Wh al giorno.
Questo perché si sono fatte le scelte che seguono:
- lavatrice con riempimento a caldo, migliore della categoria
- asciugatrice con riscaldatore a gas
- lavastoviglie con riempimento a caldo
- piano cottura a gas
- riscaldamento centrale e caldaia a gas
Nota: Per ridurre il numero di celle batteria e aumentare gli Ah per ogni cella, alle volte si opta per una
tensione di sistema CC inferiore.
42
Categoria 1
(carico base)
Categoria 1+2
(più carichi a
spina)
S
8,38
10,02
12,07
kWh
W
11,14
12,78
14,83
kWh
3475
4058
4788
kWh
Abitazione tipica
Batteria OPzS
Categoria 1+2+3
(l'intera abitazione)
Consumo di energia elettrica
Estate
Inverno
Annuo
Ey = 365*(S+W)/2
Una batteria OPzS con capacità di accumulo sufficiente a immagazzinare il 100% del consumo di energia elettrica di un giorno
estivo
Capacità di accumulo
S/(0,50*0,94)
17,83
21,32
25,68
dell'energia (Esc)
Tensione nominale (Nv)
Capacità di accumulo Ah
Esc/Nv
Costo
312
24
48
48
743
444
535
€/kW
€ 5.563
€ 6.652
kWh
V
Ah
€ 8.012
Un modulo solare con output sufficiente ad alimentare il 100% del carico in un giorno di sole estivo
Output giornaliero richiesto
per Hub (RdHo)
Output FV giornaliero
richiesto (RdPVo)
S*
1
RdHo/0,75
Wp modulo
RdPVo/6
Costo
2,19
8,38
10,02
12,07
kWh/giorno
11,17
13,36
16,09
kWh
1862
€/Wp
2227
€ 4.078
2682
€ 4.876
Wp
€ 5.874
Hub-1
Efficienza regolatore di
carica solare + cavi CC
Corrente di carica max.
96
Ƞm*Ƞw
75
Ƞm*Ƞw*Awp/Nv
Regolatore di carica solare
MPPT 150/75
Carico max. (L)
96
L
Inverter/caricabatterie
96
45
€ 720
MPPT 150/75
1305
3305
Multi
Multi
54
€ 720
MPPT 150/75
3805
48/3000/35
24/2000/50
Hub-1: costo dei componenti principali
€ 969
48/3000/35
€ 11.330
A
€ 720
W
Multi
Richiesto GridAssist
GridAssist non richiesto
%
€ 2.180
€ 2.180
48/5000/70
€ 14.428
€ 16.786
Hub-2 o -3
Inverter FV
Efficienza Inverter FV +
Inverter/caricabatterie
Corrente di carica max.
2kW
90
Ƞc*Ƞpv*Ƞv
Inverter/caricabatterie
GridAssist non richiesto
L
2kW
€ 1.393
90
2,8
€ 1.670
kW
90
%
62
37
45
A
1305
3305
3805
W
Ƞc*Ƞpv*Ƞv*Awp/Nv
Carico max. (L)
€ 1.393
Multi
24/3000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
Multi
€ 2.180
€ 13.214
48/3000/35
Multi
€ 2.180
€ 15.101
48/5000/70
€ 2.907
€ 18.463
Tabella 10: Abitazione tipica
Batteria OPzS 100% e FV 100%
La colonna intitolata Categoria 1+2+3 comprende i carichi fissi (= elettrodomestici sempre collegati
alla stessa presa) che, in questo esempio, consumano in media 2050 Wh al giorno:
- lavatrice con scalda acqua elettrico
- asciugatrice con riscaldatore elettrico
- lavastoviglie con scalda acqua elettrico
- piano cottura a gas
- riscaldamento centrale e caldaia a gas
Nota: Per ridurre il numero di celle batteria e aumentare gli Ah per ogni cella, alle volte si opta per una
tensione di sistema CC inferiore.
43
Abitazione sopra la media
Batteria OPzS
Categoria
1+2+3
(l'intera
abitazione)
Categoria 1+2
(più carichi a
spina)
Categoria 1
(carico base)
Consumo di energia elettrica
Estate
Inverno
Annuo
S
18,96
20,88
27,98
kWh
W
23,10
25,02
32,12
kWh
7487
8170
10698
kWh
Ey = 365*(S+W)/2
Una batteria OPzS con capacità di accumulo sufficiente a immagazzinare il 100% del consumo di energia elettrica di un giorno
estivo
Capacità di accumulo
S/(0,50*0,94)
40,34
44,43
59,53
dell'energia (Esc)
Tensione nominale (Nv)
Capacità di accumulo Ah
Esc/Nv
Costo
312
48
48
48
840
926
1240
€
12.586
€/kW
€
13.861
kWh
V
Ah
€
18.574
Un modulo solare con output sufficiente ad alimentare il 100% del carico in un giorno di sole estivo
Output giornaliero
richiesto per Hub (RdHo)
Output FV giornaliero
richiesto (RdPVo)
S*
1
RdHo/0,75
Wp modulo
RdPVo/6
Costo
2,19
18,96
20,88
27,98
kWh/giorno
25,28
27,84
37,31
kWh
4213
€/Wp
4640
6218
€
10.162
€ 9.227
Wp
€
13.617
Hub-1
Efficienza regolatore di
carica solare + cavi CC
Corrente di carica max.
Ƞm*Ƞw
84
Ƞm*Ƞw*Awp/Nv
Regolatore di carica solare
MPPT 150/75
Carico max. (L)
96
96
L
Inverter/caricabatterie
93
€ 720
2560
2*MPPT 150/75
Multi
48/3000/35
€ 2.180
A
€ 1.440
W
Multi
€ 2.180
48/5000/70
€
24.713
Hub-1: costo dei componenti principali
2*MPPT 150/75
10560
Multi
48/3000/35
%
124
€ 1.440
4560
Richiesto GridAssist
GridAssist non richiesto
96
48/5000/70
€ 2.907
48/10000/140
€
27.642
€
36.538
Hub-2 o -3
Inverter FV
5 kW
€ 2.554
5 kW
€ 2.554
8 kW
Efficienza Inverter FV +
Inverter/caricabatterie
Ƞc*Ƞpv*Ƞv
Corrente di carica max.
Ƞc*Ƞpv*Ƞv*Awp/Nv
70
L
2560
Multi
Multi
Multi
Carico max. (L)
Inverter/caricabatterie
GridAssist non richiesto
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
90
90
48/5000/70
€ 2.907
€
27.274
€ 4.000
kW
90
%
77
103
A
4560
10560
W
48/8000/110
€ 4.748
€
31.324
48/10000/140
€ 5.233
€
41.424
Tabella 11: Abitazione sopra la media
Batteria ioni di litio 100% e FV 100%
La colonna intitolata Categoria 1+2+3 comprende i carichi fissi (= elettrodomestici sempre collegati
alla stessa presa) che, in questo esempio, consumano in media 7100 Wh al giorno:
- lavatrice con scalda acqua elettrico
- asciugatrice con riscaldatore elettrico
- lavastoviglie con scalda acqua elettrico
- piano cottura elettrico a induzione
- riscaldamento centrale e caldaia a gas
Nota:
Per ridurre il numero di celle batteria e aumentare gli Ah per ogni cella, alle volte si opta per una tensione di
sistema CC inferiore.
44
Famiglia di due
persone attenta al
consumo energetico
Categoria 1+2
Categoria 1+2+3
Batteria agli ioni di litio
100%
7,62
kW
€ 9.395
69%
8,09
kW
€ 9.969
70%
Modulo FV
100%
1.124
Wp
€ 2.461
18%
1.192
Wp
€ 2.611
18%
Regolatore di carica solare
MPPT 70/50
€ 260
2%
MPPT 70/50
€ 260
2%
Inverter/caricabatterie
24/2000/50
€ 1.454
11%
24/2000/50
€ 1.454
10%
€ 13.570
100%
€ 14.294
100%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
1,5
Inverter/caricabatterie
kW
24/3000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
Batteria agli ioni di litio
Modulo FV
€ 1.149
8%
€ 2.180
16%
€ 15.185
112%
1,5
kW
24/3000/70
€ 1.149
8%
€ 2.180
15%
€ 15.909
111%
30%
2,29
kW
€ 2.819
40%
2,43
kW
€ 2.991
41%
100%
1.124
Wp
€ 2.461
35%
1.192
Wp
€ 2.611
36%
Regolatore di carica solare
MPPT 70/50
€ 260
4%
MPPT 70/50
€ 260
4%
Inverter/caricabatterie
24/2000/50
€ 1.454
21%
24/2000/50
€ 1.454
20%
€ 6.993
100%
€ 7.316
100%
€ 1.149
16%
€ 1.149
16%
€ 2.180
31%
€ 8.608
123%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
1,5
Inverter/caricabatterie
kW
24/3000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
Batteria agli ioni di litio
Modulo FV
1,5
kW
24/3000/70
€ 2.180
30%
€ 8.931
122%
60%
4,57
kW
€ 5.637
42%
4,85
kW
€ 5.981
200%
2.247
Wp
€ 4.921
37%
2.384
Wp
€ 5.222
Regolatore di carica solare
MPPT 150/70
Inverter/caricabatterie
48/3000/35
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
2,8
Inverter/caricabatterie
kW
48/3000/35
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 720
5%
MPPT 150/70
€ 2.180
16%
48/3000/35
€ 13.458
100%
€ 1.670
12%
€ 2.180
16%
€ 14.408
107%
2,8
kW
48/3000/35
€ 720
5%
15%
€ 14.103
100%
€ 1.670
12%
€ 2.180
15%
€ 15.053
107%
100%
7,62
kW
€ 9.395
48%
8,09
kW
€ 9.969
Modulo FV
300%
3.371
Wp
€ 7.382
38%
3.576
Wp
€ 7.832
MPPT 150/70
Inverter/caricabatterie
48/3000/35
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
4
Inverter/caricabatterie
kW
48/5000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 720
4%
MPPT 150/70
€ 2.180
11%
48/3000/35
€ 19.677
100%
€ 2.241
11%
€ 2.907
15%
€ 21.925
111%
4
kW
48/5000/70
3%
11%
€ 20.701
100%
€ 2.241
11%
€ 2.907
14%
€ 22.949
111%
12,19
kW
€ 3.804
25%
12,94
kW
€ 4.036
Modulo FV
300%
3.820
Wp
€ 8.366
56%
4.053
Wp
€ 8.877
MPPT 150/70
48/3000/35
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
Inverter/caricabatterie
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
4
48/5000/70
kW
€ 720
5%
MPPT 150/70
€ 2.180
14%
48/3000/35
€ 15.070
100%
€ 2.241
15%
€ 2.907
19%
€ 17.318
115%
4
48/5000/70
kW
26%
56%
€ 720
5%
€ 2.180
14%
€ 15.813
100%
€ 2.241
14%
€ 2.907
18%
€ 18.061
114%
Tabella 12 Famiglia di due persone attenta al consumo energetico
45
38%
€ 720
100%
Inverter/caricabatterie
48%
€ 2.180
Batteria OPzS
Regolatore di carica solare
37%
€ 2.180
Batteria agli ioni di litio
Regolatore di carica solare
42%
Tabella 12a
Versione condensata
della tabella 6
Tabella 12b
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo (vedere
la sezione 10.1)
Tabella 12c
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 200%
Tabella 12d
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 300%
Tabella 12e
Batteria OPzS
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 300%
Abitazione tipica
Categoria 1+2+3
Categoria 1+2
Batteria agli ioni di litio
100%
13,32
kW
€ 16.429
70%
16,05
kW
€ 19.790
71%
Modulo FV
100%
1.965
Wp
€ 4.303
18%
2.367
Wp
€ 5.183
19%
€ 720
3%
Regolatore di carica solare
MPPT 150/70
Inverter/caricabatterie
48/3000/35
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
2
Inverter/caricabatterie
kW
48/3000/35
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
MPPT 150/70
9%
48/3000/35
€ 23.632
100%
€ 1.393
6%
€ 2.180
9%
€ 24.305
103%
2,8
kW
48/5000/70
€ 2.180
8%
€ 27.873
100%
€ 1.670
6%
€ 2.907
10%
€ 29.550
106%
4,00
kW
€ 4.929
41%
4,82
kW
€ 5.937
100%
1.965
Wp
€ 4.303
35%
2.367
Wp
€ 5.183
Regolatore di carica solare
MPPT 150/70
Inverter/caricabatterie
48/3000/35
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
2
Inverter/caricabatterie
kW
48/3000/35
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 720
6%
MPPT 150/70
€ 2.180
18%
48/3000/35
€ 12.131
100%
€ 1.393
11%
€ 2.180
18%
€ 12.804
106%
2,8
kW
48/5000/70
42%
37%
€ 720
5%
€ 2.180
16%
€ 14.020
100%
€ 1.670
12%
€ 2.907
21%
€ 15.697
112%
60%
7,99
kW
€ 9.857
43%
9,63
kW
€ 11.874
200%
3.929
Wp
€ 8.605
38%
4.733
Wp
€ 10.366
Batteria agli ioni di litio
Modulo FV
3%
30%
Batteria agli ioni di litio
Modulo FV
€ 720
€ 2.180
45%
39%
Regolatore di carica solare
2*MPPT 150/70
€ 1.440
6%
2*MPPT 150/70
€ 1.440
5%
Inverter/caricabatterie
48/5000/70
€ 2.907
13%
48/5000/70
€ 2.907
11%
€ 22.810
100%
€ 26.587
100%
€ 2.554
10%
€ 2.907
11%
€ 27.701
104%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
4
Inverter/caricabatterie
kW
48/5000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 1.670
7%
€ 2.907
13%
€ 23.040
101%
5
kW
48/5000/70
Batteria agli ioni di litio
100%
13,32
kW
€ 16.429
46%
16,05
kW
€ 19.790
48%
Modulo FV
300%
5.894
Wp
€ 12.908
36%
7.100
Wp
€ 15.549
37%
Regolatore di carica solare
2*MPPT 150/70
€ 1.440
4%
2*MPPT 150/70
€ 1.440
3%
Inverter/caricabatterie
48/8000/110
€ 4.748
13%
48/8000/110
€ 4.748
11%
€ 35.525
100%
€ 41.527
100%
€ 2.800
8%
€ 4.000
10%
€ 4.748
13%
€ 4.748
11%
€ 36.885
104%
€ 44.087
106%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
6
Inverter/caricabatterie
kW
48/8000/110
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
8 kW
48/8000/110
Batteria OPzS
100%
21,32
kW
€ 6.652
24%
25,68
kW
€ 8.012
25%
Modulo FV
300%
6.680
Wp
€ 14.629
53%
8.047
Wp
€ 17.622
55%
Regolatore di carica solare
2*MPPT 150/70
€ 1.440
5%
2*MPPT 150/70
€ 1.440
5%
Inverter/caricabatterie
48/8000/110
€ 4.748
17%
48/8000/110
€ 4.748
15%
€ 27.469
100%
€ 31.823
100%
€ 4.000
15%
€ 5.000
16%
€ 4.748
17%
€ 5.233
16%
€ 30.029
109%
€ 35.868
113%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
Inverter/caricabatterie
8
48/8000/110
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
kW
10
kW
48/10000/140
Tabella 13a
Versione condensata
della tabella 7
Tabella 13b
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo (vedere
la sezione 10.1)
Tabella 13c
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 200%
Tabella 13d
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 300%
Tabella 13e
Batteria OPzS
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 300%
Tabella 13 L'abitazione tipica
46
Categoria 1+2+3
Abitazione sopra la
media
Categoria 1+2
Batteria agli ioni di litio
100%
27,77
kW
€ 34.235
73%
37,21
kW
€ 45.877
74%
Modulo FV
100%
4.094
Wp
€ 8.966
19%
5.486
Wp
€ 12.015
19%
Regolatore di carica solare
2*MPPT 150/70
€ 1.440
3%
2*MPPT 150/70
€ 1.440
2%
Inverter/caricabatterie
48/3000/35
€ 2.180
5%
48/5000/70
€ 2.907
5%
€ 46.822
100%
€ 62.239
100%
€ 4.000
6%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
5
Inverter/caricabatterie
kW
48/8000/110
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
€ 2.554
5%
€ 4.748
10%
€ 50.504
108%
8
kW
48/10000/140
€ 5.233
8%
€ 67.125
108%
46%
30%
8,33
kW
€ 10.271
44%
11,16
kW
€ 13.763
100%
4.094
Wp
€ 8.966
38%
5.486
Wp
€ 12.015
Regolatore di carica solare
2*MPPT 150/70
€ 1.440
6%
2*MPPT 150/70
€ 1.440
5%
Inverter/caricabatterie
48/5000/70
€ 2.907
12%
48/5000/70
€ 2.907
10%
€ 23.584
100%
€ 30.125
100%
€ 2.554
11%
€ 4.000
13%
€ 4.748
20%
€ 26.539
113%
Batteria agli ioni di litio
Modulo FV
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
5
Inverter/caricabatterie
kW
48/8000/110
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
Batteria agli ioni di litio
8
kW
48/10000/140
40%
€ 5.233
17%
€ 35.011
116%
47%
60%
16,66
kW
€ 20.541
45%
22,32
kW
€ 27.526
200%
8.188
Wp
€ 17.932
40%
10.973
Wp
€ 24.030
41%
Regolatore di carica solare
3*MPPT 150/70
€ 2.160
5%
3*MPPT 150/70
€ 2.160
4%
Inverter/caricabatterie
48/8000/110
€ 4.748
10%
48/10000/140
€ 5.233
9%
€ 45.381
100%
€ 58.949
100%
€ 5.000
11%
€ 6.000
10%
€ 4.748
10%
€ 5.233
9%
€ 48.221
106%
€ 62.789
107%
Modulo FV
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
10
Inverter/caricabatterie
kW
48/10000/140
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
12
kW
48/10000/140
Batteria agli ioni di litio
100%
27,77
kW
€ 34.235
47%
37,21
kW
€ 45.877
49%
Modulo FV
300%
12.282
Wp
€ 26.898
37%
16.459
Wp
€ 36.045
38%
Regolatore di carica solare
4*MPPT 150/70
€ 2.880
4%
5*MPPT 150/70
€ 3.600
4%
Inverter/caricabatterie
3*48/5000/70
€ 8.721
12%
3*48/5000/70
€ 8.721
9%
€ 72.735
100%
€ 94.243
100%
€ 7.500
10%
€ 10.000
11%
€ 8.721
12%
€ 14.244
15%
€ 77.355
106%
€ 106.166
113%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
15
Inverter/caricabatterie
kW
3*48/5000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
20
3*48/8000/110
Batteria OPzS
100%
44,43
kW
€ 13.861
25%
59,53
kW
€ 18.574
26%
Modulo FV
300%
13.920
Wp
€ 30.485
54%
18.653
Wp
€ 40.851
57%
Regolatore di carica solare
4*MPPT 150/70
€ 2.880
5%
5*MPPT 150/70
€ 3.600
5%
Inverter/caricabatterie
3*48/5000/70
€ 8.721
16%
3*48/5000/70
€ 8.721
12%
€ 55.947
100%
€ 71.746
100%
€ 7.500
13%
€ 10.000
14%
€ 8.721
16%
€ 14.244
20%
€ 60.567
108%
€ 83.669
117%
Hub-1: costo dei componenti principali
Inverter FV
Inverter/caricabatterie
15
kW
3*48/5000/70
Hub-2 o -3: costo dei componenti principali
Tabella 14 L'abitazione sopra la media
Victron Energy B.V. | De Paal 35 | 1351 JG Almere | Paesi Bassi
47
Centralino: +31 (0)36 535 97 00 | Fax: +31 (0)36 535 97 40
E-mail: [email protected] | www.victronenergy.com
20
3*48/8000/110
Tabella 14a
Versione condensata
della tabella 8
Tabella 14b
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo (vedere
la sezione 10.1)
Tabella 14c
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 200%
Tabella 14d
Batteria agli ioni di litio
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 300%
Tabella 14e
Batteria OPzS
ottimizzata per
l'autoconsumo con
modulo FV 300%
