3. Progettazione del sistema
Per progettare il sistema è necessario prendere alcune decisioni in sequenza. Ogni decisione restringe il campo delle opzioni progettuali e, nel loro insieme, determinano la topologia e i componenti necessari. Questo capitolo esamina tali decisioni in ordine: come l’impianto si collega alla rete, se è monofase o multifase, quale inverter/caricabatterie è adatto ai carichi, che dimensioni deve avere il banco batterie, come viene integrato il fotovoltaico, se l’eccedenza di energia solare viene reimmessa nella rete e quali sono i requisiti della rete locale in materia di anti-islanding.
3.1. Disposizione della rete
La prima scelta progettuale riguarda le modalità di collegamento dell'impianto alla rete elettrica. Tutto dipende da dove sono collegati i carichi e gli eventuali inverter FV, e questo, a sua volta, determina se è necessario un contatore di rete.
Il principio alla base di questa scelta è semplice: l'inverter/caricabatterie può misurare e regolare solo la potenza che lo attraversa.
Se tutti i dispositivi sono collegati alla sua uscita, tutta l'energia scambiata con la rete passa attraverso l'inverter/caricabatterie, che può quindi misurare direttamente tale scambio. Non è necessario alcun contatore di rete.
Se sul lato dell’ingresso (rete) sono collegati anche carichi o inverter FV, tale potenza bypassa l'inverter/caricabatterie. È quindi necessario un contatore di rete; in sua assenza, l’autoconsumo e la regolazione del setpoint di rete si basano su informazioni incomplete e forniscono risultati errati.
Si ottengono così due disposizioni.
Tutti i carichi sull'uscita (senza contatore di rete) Tutti i carichi e gli inverter FV si collegano all'uscita CA dell'inverter/caricabatterie (MultiPlus o Quattro). In caso di interruzione dell'alimentazione di rete, tutti i carichi possono essere alimentati dalla batteria. L'inverter collegato alla rete alimenta la micro-rete creata dall'inverter/caricabatterie . |
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In parallelo alla rete (è necessario un contatore di rete) Anche i carichi o gli inverter FV sono collegati sul lato dell’ingresso CA. In caso di interruzione della rete, solo i carichi sull'uscita CA possono essere alimentati dalla batteria. L'inverter collegato alla rete sull'ingresso CA non funziona finché non viene ripristinata la rete. |
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Qualora fosse necessario un contatore di rete, utilizzare un Contatore di Rete di Victron e configurarlo come descritto in Configurazione.
3.2. Monofase o multifase
Il sistema può essere impostato in base a diverse configurazioni di fase, a seconda del modello di inverter/caricabatterie:
Modelli a 230 V: monofase o trifase.
Modelli a 120 V: monofase, fase divisa o trifase.
Per ulteriori dettagli sulla configurazione di ognuna di esse, consultare la sezione Regolazione multifase nel capitolo Configurazione.
3.3. Selezione dell’inverter/caricabatterie
Le dimensioni necessarie dipendono dal tipo di impianto e dagli apparecchi che saranno alimentati dall'inverter/caricabatterie.
Intervallo tensione di ingresso CC
Scegliere un modello compatibile con la tensione della batteria.
Tensione e frequenza dell’ingresso CA
Scegliere un modello compatibile con la tensione e la frequenza di rete.
Numero di ingressi CA
Se l'impianto comprende un generatore, si consiglia di optare per un inverter/caricabatterie dotato di due ingressi CA indipendenti, come ad esempio il Quattro.
Massima corrente d’ingresso CA
Gli inverter/caricabatterie dispongono di un limite di corrente d’ingresso CA regolabile. Questo valore definisce la quantità di corrente assorbita dall’unità tramite l’ingresso CA; pertanto, è necessario selezionare un modello il cui limite sia adeguato alla connessione alla rete elettrica.
Potenza di uscita continua
Si tratta della potenza che l'inverter è in grado di erogare in modo continuo. La potenza di uscita continua varia in funzione della temperatura. Il fabbisogno energetico complessivo dei carichi non deve superare tale valore.
Massima corrente di carica batteria
La corrente di carica massima della batteria rappresenta la corrente di carica più elevata che l'unità è in grado di fornire alla batteria. Quando l’ingresso CA è disponibile dalla rete, da un generatore o dall’eccedenza di energia solare proveniente da un inverter collegato alla rete, la batteria viene caricata con una corrente pari al valore massimo indicato.
3.4. Capacità del banco batterie
Il dimensionamento del banco batterie rappresenta un compromesso tra costo, durata delle batterie e autonomia. Influisce anche sulla possibilità di trarre vantaggio dalle fluttuazioni dei prezzi dell'energia elettrica.
Un banco batterie più piccolo:
è più conveniente dal punto di vista economico, ma il consumo energetico è elevato rispetto alla sua potenza nominale.
viene caricato e scaricato a velocità di carica (C-rate) più elevate, il che può ridurre la durata della batteria, in particolare delle batterie al piombo.
Un banco batterie più grande:
combinato con un modulo FV relativamente grande, può accumulare l'eccedenza di energia nelle giornate assolate, mantenendo la potenza disponibile per diversi giorni consecutivi di maltempo.
garantisce una maggiore autonomia in caso di interruzione di corrente.
consente di accumulare una maggiore quantità di energia quando i prezzi dell'elettricità sono bassi e di utilizzarla quando i prezzi sono elevati (vedere Configurazione).
Dimensionamento per la riduzione dei picchi
Se il sistema viene utilizzato per la riduzione dei picchi, la batteria e l’inverter/caricabatterie devono essere in grado di soddisfare la domanda eccedente il limite della rete per l’intera durata del picco. L'inverter/caricabatterie determina l'entità del picco che può essere coperto, mentre la batteria ne determina la durata; pertanto, un picco più lungo o più intenso richiede un banco batterie più grande. Si noti che, nelle modalità Ottimizzato, per la riduzione dei picchi è disponibile solo la capacità superiore al SoC minimo. Maggiori dettagli sono disponibili nella sezione Riduzione dei picchi.
Per sapere la dimensione minima della batteria quando all'uscita CA è collegato un inverter FV connesso alla rete (FV accoppiato in CA), consultare il documento di Victron Accoppiamento in CA e regola del fattore 1,0.
3.5. Collegamento del FV
La seconda scelta progettuale riguarda le modalità di integrazione del fotovoltaico. Esistono due modi per collegare il FV alla rete: accoppiato in CC e accoppiato in CA e il sistema può utilizzare uno dei due o entrambi. La scelta influisce sull'efficienza, sul comportamento del sistema in caso di interruzione della rete e, nel caso del FV accoppiato in CA, su alcune regole di dimensionamento.
FV accoppiato in CC
In un sistema accoppiato in CC, un caricabatterie solare MPPT SmartSolar o BlueSolar collega il modulo FV al lato CC e carica direttamente la batteria. Questo è il percorso più efficiente per arrivare alla batteria, poiché l’energia la raggiunge in un’unica conversione. Un caricabatterie solare MPPT possiede un efficienza che può raggiungere il 99 %.
Suggerimento
L'accoppiamento in corrente continua è la scelta migliore quando la maggior parte dell'energia viene consumata al di fuori delle ore diurne, ad esempio in una casa in cui si cucina, si fa il bucato e si accende la luce la sera, poiché l'energia solare viene immagazzinata nelle batterie con perdite minime per essere utilizzata in seguito.
FV accoppiato in CA
In un impianto accoppiato in CA, un inverter FV collegato alla rete si collega sul lato CA. La sua potenza viene utilizzata innanzitutto per alimentare i carichi, poi per caricare la batteria, mentre l'eventuale eccedenza può essere esportata in rete. Per arrivare alla batteria sono necessarie due conversioni: da CC a CA nell’inverter FV e da CA a CC nell’inverter/caricabatterie, con perdite che possono arrivare fino al 30 %.
Suggerimento
L'accoppiamento in CA è quindi la scelta migliore quando il consumo energetico è maggiore durante il giorno, ad esempio in un ufficio dotato di aria condizionata, dove il FV alimenta direttamente i carichi dopo un'unica conversione efficiente. È inoltre adatto a grandi moduli e all’adeguamento di impianti esistenti collegati alla rete.
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FV accoppiato in CA che alimenta l'uscita CA del MultiPlus-II tramite un inverter collegato alla rete | FV accoppiato in CC che carica direttamente la batteria tramite uno SmartSolar MPPT |
Utilizzo di entrambi
Un sistema può combinare FV accoppiati in CC e accoppiati in CA; ad esempio, una carica tramite MPPT accoppiato in CC su un sistema installato successivamente in aggiunta a un modulo accoppiato in CA preesistente.
Suggerimento
In un sistema di riserva che deve garantire l'autonomia in caso di interruzioni prolungate della rete elettrica, è necessario includere sempre un FV accoppiato in CC (un caricabatterie solare MPPT), anche se la maggior parte del FV è accoppiato in CA. Un sistema accoppiato esclusivamente in CA può raggiungere una condizione di stallo: l'inverter FV collegato alla rete ha bisogno della micro-rete formata dall'inverter/caricabatterie per funzionare, ma, se la batteria è scarica, l'inverter/caricabatterie non può formare tale micro-rete, quindi nessuno dei due può avviarsi e il sistema non può riprendersi utilizzando solo il fotovoltaico. Un caricabatterie solare MPPT accoppiato in CC, invece, carica la batteria direttamente dal FV, senza ricorrere alla CA, pertanto, riesce a risolvere la condizione di stallo.
Collegamento di un FV accoppiato in CA: sull’ingresso o sull’uscita
Il FV accoppiato in CA può essere collegato in uno di questi due punti e la scelta influisce sul suo comportamento in caso di interruzione della rete:
Sull'uscita CA. L'inverter FV continua a funzionare in caso di interruzione della rete, poiché l'inverter/caricabatterie forma una micro-rete locale con la quale si sincronizza l'inverter FV, garantendo così la disponibilità del fotovoltaico anche in caso di blackout. Il FV collegato in questo punto è soggetto alla regola del fattore 1.0, che viene spiegata più dettagliatamente di seguito.
Sull’ingresso CA (lato rete). L'inverter FV funziona come un normale impianto collegato alla rete. Poiché questo FV è collegato sul lato dell’ingresso, l’impianto deve disporre di un contatore di rete per poterlo rilevare (vedere Disposizione della rete). Questo inverter FV non funzionerà in caso di blackout, poiché non esiste alcuna rete con cui possa sincronizzarsi.
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Inverter collegato alla rete sull’uscita CA del MultiPlus-II | Inverter collegato alla rete sull'ingresso CA del MultiPlus-II |
Regola del fattore 1.0
Per gli impianti fotovoltaici accoppiati in CA collegati all'uscita CA, la potenza nominale dell'inverter fotovoltaico non deve superare il valore nominale in VA dell'inverter/caricabatterie. Si tratta della regola del fattore 1,0, ovvero un limite di 1:1:
Un MultiPlus da 3000 VA consente una potenza dell'inverter fotovoltaico fino a 3000 W.
Un Quattro da 8000 VA consente di raggiungere una potenza massima di 8000 W.
Due Quattro da 8000 VA collegati in parallelo consentono di raggiungere una potenza massima di 16000 W.
Nota
Prendere il valore più basso tra i due: la potenza nominale in uscita CA dell’inverter fotovoltaico oppure la potenza Wp dell’impianto installato. Un impianto sovradimensionato non aumenta il limite, poiché è l’inverter fotovoltaico a limitare la potenza in uscita CA. Un impianto sottodimensionato diventa invece il limite, poiché è l’impianto a limitare la potenza che l’inverter fotovoltaico è in grado di erogare.
Il motivo risiede in ciò che accade nel momento in cui si verifica un’improvvisa perdita di carico. Durante un’interruzione di rete, l’inverter/caricabatterie costituisce la micro-rete su cui opera l’inverter fotovoltaico. Se un carico di grandi dimensioni si disattiva mentre l’inverter fotovoltaico è a piena potenza, quell’energia in eccesso non ha altrove dove andare per un breve istante se non nella batteria, finché l’inverter/caricabatterie non limita la potenza dell’inverter fotovoltaico aumentando la frequenza CA. L’inverter/caricabatterie deve essere in grado di assorbire tale eccedenza. Mantenere la potenza dell’inverter FV pari o inferiore alla potenza nominale dell’inverter/caricabatterie garantisce che ciò sia possibile. Superarla comporta il rischio di un picco di tensione della batteria, un conseguente picco sull’uscita CA che può danneggiare l’inverter FV, l’inverter/caricabatterie e i carichi collegati, nonché l’attivazione di spegnimenti di protezione.
Questo limite è rigido. Si applica a tutti i FV accoppiati in CA sull’uscita, sia nei sistemi collegati alla rete che in quelli autonomi, senza eccezioni, compresi i Paesi in cui la rete subisce raramente interruzioni e nei casi in cui si utilizzi un inverter FV Fronius sull’uscita CA con immissione in rete pari a zero.
Suggerimento
Il FV accoppiato in CC tramite un caricabatterie solare MPPT Victron non è soggetto alla regola del fattore 1.0.
Due osservazioni correlate: Anche il FV accoppiato in CA prevede un requisito minimo di capacità della batteria (vedere Capacità del banco batterie), e lo spostamento di frequenza che garantisce il rispetto di questa regola viene applicato automaticamente dall'ESS Assistant (vedere Configurazione). Il contesto completo è riportato nel documento Victron Accoppiamento in CA e la regola del fattore 1.0.
3.6. Immissione in rete
La terza scelta progettuale riguarda la possibilità che il sistema reimmetta l'eccedenza di energia solare nella rete elettrica. Se sia possibile e opportuno farlo dipende dalle normative locali, che variano notevolmente da un Paese all’altro.
Le norme in materia di immissione in rete variano in base al Paese
L’immissione in rete viene gestita in modi diversi nelle varie parti del mondo:
L'immissione in rete viene incentivata: l'energia può essere rivenduta alla rete oppure utilizzata per ridurre la bolletta, facendo girare il contatore al contrario.
L'immissione in rete è consentita ma non incentivata: il gestore della rete non retribuisce l'energia immessa in rete, sebbene questa rimanga comunque un contributo ecologicamente valido.
L'immissione in rete non è consentita, nemmeno per pochi secondi: alcuni contatori prepagati, ad esempio in Sudafrica, si disconnettono dalla rete quando viene rilevata un'immissione in rete.
L'immissione in rete fa aumentare la bolletta: quando il contatore funziona in un solo senso, ogni kWh immesso in rete viene erroneamente conteggiato come consumo e addebitato.
Verificare la normativa locale prima di attivare l'immissione in rete.
Con immissione in rete
FV accoppiato in CC (caricabatterie solare MPPT): l’immissione in rete può essere attivata o disattivata tramite un’impostazione sul dispositivo GX. Quando è disattivata, l'energia del FV viene comunque utilizzata per alimentare i carichi CA.
Impianto fotovoltaico accoppiato in CA (inverter collegato alla rete): l'immissione in rete si imposta con l'impostazione FV accoppiato in CA - immissione eccedenza sul dispositivo GX (vedi Immissione in rete). Non fa alcuna differenza se l'inverter collegato alla rete è collegato sul lato di ingresso o su quello di uscita.
Senza immissione in rete
FV accoppiato in CC (caricabatterie solare MPPT): la stessa impostazione del dispositivo GX disattiva l'immissione in rete, mentre l'energia del FV continua ad alimentare i carichi.
FV accoppiato in CA (inverter collegato alla rete): Gli inverter collegati alla rete Fronius o ABB compatibili consentono un'immissione in rete pari a zero o limitata.
Nota
Gli inverter collegati alla rete di altre marche, non consentono all’impianto di impedire l’immissione in rete.
3.7. Anti-islanding
Il sistema anti-islanding garantisce che l'impianto si scolleghi dalla rete e interrompa l'esportazione di energia in caso di interruzione dell'alimentazione di rete, impedendo l'alimentazione involontaria di sezioni isolate della rete. L'ESS richiede sempre la protezione anti-islanding.
Attenzione
Ciò vale anche per gli impianti senza immissione in rete.
La funzione anti-islanding integrata nei prodotti Victron può essere utilizzata in diversi Paesi. Per ulteriori dettagli, consultare i certificati disponibili sul sito web di Victron Energy.
Se non fosse disponibile un prodotto certificato per il Paese di installazione, installare un dispositivo anti-islanding esterno.
Per ulteriori dettagli: VEConfigure: codici di rete e rilevamento perdita di rete.
3.8. Victron Click & Design
Click & Design è uno strumento online per la progettazione e la simulazione di un sistema a 48 V. Stima le eventuali prestazioni di un impianto in condizioni reali, utilizzando i dati di produzione solare effettivi dell’anno precedente. Una guida passo dopo passo illustra diverse fasi.
Il primo passo consiste nell'individuare l'impianto e scegliere come base un Multi RS oppure un MultiPlus-II con MPPT. Seguono poi l'ingresso CA, i carichi prioritari e non prioritari, il modulo FV e le specifiche della batteria. Lo strumento simula quindi le prestazioni del sistema ora per ora nell'arco di un intero anno, mostrando come tali parametri influenzino il risultato complessivo. I progetti vengono salvati automaticamente e possono essere riaperti in un secondo momento per modificare i parametri, oppure duplicati per esplorare e confrontare diversi scenari.
Non è uno strumento di dimensionamento che consiglia i componenti. Offre la libertà di progettare un sistema e verificarne le prestazioni. Ad esempio, se una progettazione non è in grado di sopportare i carichi, lo strumento indica quanta energia deve provenire dalla rete elettrica. I parametri di input, pertanto, possono essere modificati per adattarsi meglio agli obiettivi di rendimento o di budget.
Con Click & Design è possibile:
costruire sistemi utilizzando il Multi RS o il MultiPlus-II con architettura MPPT separata,
simulare configurazioni monofase o trifase,
gestire i carichi prioritari e quelli non prioritari facoltativi (negli impianti dotati di contatore di rete),
definire in dettaglio il modulo FV, orientamento e inclinazione fino a 90 °inclusi, con l'intera gamma di caricabatterie MPPT Victron, compreso l'MPPT RS (fino a 6 caricabatterie MPPT),
aggiungere fino a sei inverter FV per FV accoppiato in CA, collegati all’ingresso CA o all’uscita CA,
inserire i parametri personalizzati del pannello solare invece di selezionarne uno dal database,
consentire e simulare l'esportazione in rete dell’eccedenza di FV,
esportare un rapporto PDF dettagliato e
salvare, modificare e duplicare i progetti.
Nota
Nel caso di FV accoppiato in CA, Click & Design utilizza un modello generico di inverter FV per i calcoli energetici. A differenza dei caricabatterie solari MPPT, la tensione massima del FV e la corrente di ingresso non vengono monitorate; di conseguenza, la disposizione del modulo deve essere adeguata all’inverter FV effettivamente utilizzato. Se non si rispetta la regola del fattore 1.0 o la capacità minima della batteria, appaiono degli avvisi.