L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI

Dimensionamento diun impianto FV

Progetto realizzato dalla classe V° FASE – I.T.I.S. H. HERTZ di RomaA cura dei Prof.ri Bonanni Antonio e Coletta Bruno

Dimensionamento impianti FVL’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.

Dimensionamento impianti FV - Stand AloneL’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI

FOTOVOLTAICI

Obiettivo: Ottimizzazione del mese dell’anno con l’insolazione peggiore

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

LOCALITA’ ROMA Lat.41,88 N Tab. ENEA

Irrag. medio giornoIrrag. medio anno

GFMAMGLASOND

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.

Dimensionamento impianti FV – Stand AloneL’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

Dimensionamento impianti FV-Stand AloneL’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 m² ca

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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

Dimensionamento impianti FV – Grid ConnectedL’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI

FOTOVOLTAICI

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

LOCALITA’ ROMA Lat.41,88 N Tab. UNI

GFMAMGLASOND

Irrag. medio giornoIrrag. 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.

Dimensionamento impianti FV – Grid ConnectedL’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI

FOTOVOLTAICI

DIMENSIONAMENTO DEL CAMPO FOTOVOLTAICODIMENSIONAMENTO DEL CAMPO FOTOVOLTAICO

AA = Energia totale da sostituire o da produrre

Wh Wh giorno giorno = A / N° giorni (365)

Wp teorici Wp teorici = Wh Wh giornogiorno / Irrag. medio giorno

ηη = Rendimento globale stimato di impianto

Wp Wp = Wp teoriciWp teorici / ηη

Contributo percentuale dell’impianto sarà il rapporto tra il generatore FV risultante e Wp.Wp.

La formula è valida in generale sia per sistemi connessi a rete cheper sistemi isolati.

L’ENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICIDimensionamento 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° NAzimut: 0°Angolo di Tilt: 30

Irraggiamento (UNI ): 1.810 KWh/m ² annoRendimento 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/giornoSi divide il numero ricavato per l’ irraggiamento medio giorno ricavato dalla tabella: 16.438/4,96 = 3.314 Wp teoriciI 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.