Studio e analisi sulle dimensioni necessarie affinchè un impianto fotovoltaico sia utile ad uno scopo prefissato. http://www.digitalbridge.info

1. L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Dimensionamento di un impianto FV Progetto realizzato dalla classe V° FASE – I.T.I.S. H. HERTZ di Roma A cura dei Prof.ri Bonanni Antonio e Coletta Bruno

2. Dimensionamento impianti FV L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Quando si dimensiona un generatore fotovoltaico si deve tenere presente principalmente l’ENERGIA piuttosto che la POTENZA. Infatti, i consumi delle utenze isolate da alimentare con il fotovoltaico devono essere considerati in termini di energia richiesta giornalmente. Anche per gli impianti collegati a rete si parla in termini di energia (KWh) immessa in rete in un giorno o in un anno. Da ciò discende che la prima operazione è la quantificazione del fabbisogno di energia giornaliero. Per le utenze con variazione di assorbimenti nel corso dei mesi occorre verificare se esse sono o no in accordo con la disponibilità del soleggiamento. Nel caso di utenza isolate, per il dimensionamento dovrà essere considerato il mese o il periodo più gravoso per poi effettuare verifiche e correzioni in accordo alla disponibilità del soleggiamento. Per ricavare tali dati ci si serve di apposite tabelle compilate da enti preposti quali l’ENEA e l’UNI, che rilevano statisticamente i valori dell’irraggiamento solare giornaliero, mensile e annuale.

3. Dimensionamento impianti FV - Stand Alone L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Obiettivo: Ottimizzazione del mese dell’anno con l’insolazione peggiore LOCALITA’ ROMA Lat.41,88 N Tab. ENEA Irrag. medio giorno Irrag. medio anno G F M A M G L A S O N D La tabella indica il mese di dicembre come il mese di minor soleggiamento. Nel calcolo per il dimensionamento di un impianto stand alone dovremo tener conto di tale valore. kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 0 1,83 2,47 3,92 4,89 6,08 6,50 6,56 5,67 4,36 3,22 2,11 1,53 4,09 1494,6 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 30 3,00 3,45 4,82 5,18 5,87 6,00 6,17 5,79 5,05 4,43 3,37 2,56 4,64 1693,9 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 45 3,35 3,67 4,90 4,95 5,37 5,38 5,58 5,43 5,01 4,69 3,74 2,89 4,58 1672,1 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 60 3,52 3,70 4,72 4,49 4,65 4,56 4,76 4,82 4,72 4,69 3,89 3,05 4,30 1568,6 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 90 3,24 3,18 3,66 3,01 2,76 2,58 2,72 3,04 3,44 3,93 3,54 2,85 3,16 1154,5

4. Dimensionamento impianti FV – Stand Alone L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI I dati riportati in tabella sono i consumi medi giornalieri ed annuali di un’utenza domestica. Il calcolo per conoscere la potenza dell’impianto da installare verrà fatto sulla base di questi dati. Tipo N°Apparati P(W) h/giorno Wh/g Illuminazione 10 15 4 600 Tv Color 1 60 5 300 Videoregistr 1 30 2 60 Stereo 1 150 2 300 Frigo 1 100 10 1000 Stiro 1 500 0,7 350 Piccoli eletrr. 300 0,5 150 Lavatrice 1 400 1 400 Totale Giorno Wh 3.160 Totale Anno kWh 1.153,4

5. Dimensionamento impianti FV-Stand Alone L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Esso si ottiene partendo dal consumo giornaliero delle utenze: Assorbimento Giornaliero / Ore Equivalenti / Rendimento (Sistemi isolati con inverter 60%) Portiamo un esempio per la città di Roma. Prendendo come riferimento i dati dell’utenza indicata precedentemente ed i dati di Roma, indicati nella relativa tabella, si ha per il mese di dicembre (mese dell’anno con peggiore insolazione) un tilt di 60°per la maggiore insolazione media di quel mese pari a 3,05 kW/m ² 3.160 Wh / 3,05 kWh/m ² = 1.036 Wp (Consumo giorno / Mese peggiore irraggiamento) 1036 / 0,6 = 1.727 Wp (Potenza risultante / Rendimento impianti Stand Alone) Ipotizzando una tensione di 24 V e l’uso di moduli da 80 Wp 12 V nom. ciascuno si ottiene: 1.727 / 80 = 21,58 moduli. Quindi occorreranno 22 moduli da cablare per mezzo di opportune scatole di giunzione in 11 paralleli di 2 moduli in serie per un totale di 1.760 Wp. Dimensione della superficie captante totale per un modulo delle dimensioni: 1,25 x 0,57 x 22 = 16 m ² ca

6. Dimensionamento impianti FV – Stand Alone L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Sapendo che la Tensione di lavoro del nostro impianto è 24 V e che il consumo medio giornaliero è di 3.160 W supponiamo di volere un’autonomia di 3 giorni consecutivi. Il calcolo per conoscere il valore della nostra batteria è il seguente: 3.160 W / 24 = 131,7 Ah x 3gg. = 395 Ah Percentuale massima di scarica della batteria 65% Capacità totale 395 / 0.65 = 600 Ah Quindi occorrerà una batteria da 600 Ah Calcolo della Batteria

7. Dimensionamento impianti FV – Grid Connected L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI LOCALITA’ ROMA Lat.41,88 N Tab. UNI G F M A M G L A S O N D Irrag. medio giorno Irrag. medio anno Obiettivo: Massimizzazione della raccolta di energia nel corso dell’anno Per il dimensionamento di un impianto connesso alla rete dovremo prendere in considerazione il valore dell’irraggiamento medio giornaliero. kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 0 1,75 2,56 3,81 5,25 6,56 7,14 7,53 6,47 4,89 3,39 2,03 1,50 4,41 1607,9 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 30 2,82 3,59 4,66 5,60 6,33 6,58 7,08 6,67 5,77 4,72 3,19 2,50 4,96 1810,1 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 45 3,14 3,84 4,73 5,36 5,79 5,88 6,38 6,26 5,75 5,02 3,53 2,81 4,87 1778,9 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 60 3,29 3,88 4,55 4,86 4,99 4,95 5,40 5,55 5,42 5,03 3,67 2,97 4,55 1659,3 kWh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 90 3,02 3,33 3,52 3,23 2,92 2,72 2,96 3,43 3,95 4,22 3,33 2,77 3,28 1198,5

8. Dimensionamento impianti FV – Grid Connected L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI DIMENSIONAMENTO DEL CAMPO FOTOVOLTAICO A = Energia totale da sostituire o da produrre Wh giorno = A / N° giorni (365) Wp teorici = Wh giorno / Irrag. medio giorno η = Rendimento globale stimato di impianto Wp = Wp teorici / η Contributo percentuale dell’impianto sarà il rapporto tra il generatore FV risultante e Wp. La formula è valida in generale sia per sistemi connessi a rete che per sistemi isolati.

9. L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Dimensionamento impianti FV – Grid Connected Si voglia realizzare un impianto a Roma, per produrre 6.000 KWh di energia l’anno. Le caratteristiche del sito sono: Latitudine:41,88° N Azimut: 0° Angolo di Tilt: 30 Irraggiamento (UNI ): 1.810 KWh/m ² anno Rendimento medio impianti connessi alla rete 75% Si procede come segue. Dalla tabella precedente si ricavano il numero di Watt /giorno dividendo la potenza totale da produrre per il numero dei giorni in un anno: 6.000/365 = 16.438 Wh/giorno Si divide il numero ricavato per l’ irraggiamento medio giorno ricavato dalla tabella: 16.438/4,96 = 3.314 Wp teorici I watt di picco si dividono poi per il rendimento del 75%: 3.314/0,75 = 4.419 Wp Supponiamo di utilizzare 29 moduli da 150 Wp otterremmo una potenza unitaria di: 150 Wp x 29 = 4,35 KWp ( valore prossimo a 4.419 Wp teorici) Se le dimensioni di un modulo sono 1.596 x 798 mm la superficie captante risulterà di circa 36 metri quadri. Si possono utilizzare N° 1 Inverter da 3,2 KW e 2 da 1 KW. Non verranno immessi nell’atmosfera 4,2 tonnellate di CO2 l’anno e 127 nell’arco della vita utile dell’impianto.