Quali tipi di sistemi di energia solare esistono?

I sistemi di energia solare sono classificati in base al modo in cui si collegano alla rete pubblica e al modo in cui viene utilizzata l'elettricità. Esistono quattro tipologie principali:sistemi collegati alla rete, sistemi off-grid, sistemi ibridi e sistemi DC puri.

Tutti e quattro utilizzano essenzialmente gli stessi pannelli solari. Ciò che differisce è se c’è una connessione alla rete, se c’è una batteria e se l’energia viene fornita come AC o DC. Quale sia quello giusto per te dipende dalla disponibilità della rete nel luogo in cui ti trovi, dal prezzo dell'elettricità e dal danno che potrebbe causare un'interruzione di corrente.
 

Ecco prima un confronto affiancato, seguito da uno sguardo più attento a ciascun tipo.
 

1. Sistemi solari collegati alla rete: forniscono elettricità direttamente alla rete

Come funziona

Durante il giorno i pannelli producono elettricità DC. Un inverter collegato alla rete lo converte in CA che corrisponde alla frequenza e alla fase della rete. L'energia alimenta prima i tuoi carichi e l'eventuale eccedenza viene venduta alla rete. Di notte o nelle giornate nuvolose, quando i pannelli non riescono a coprire la tua domanda, acquisti energia dalla rete. Nessuna batteria è coinvolta.

In cosa consiste

Pannelli solari e struttura di montaggio:i pannelli trasformano la luce solare in elettricità e la struttura di montaggio imposta l'angolo di inclinazione e la resistenza al vento.

Invertitore collegato alla rete:il cuore del sistema. Esegue il monitoraggio del punto di massima potenza (MPPT), converte la corrente continua in corrente alternata e fornisce protezione dell'interconnessione alla rete.

Protezione lato DC:Cavi CC, interruttori CC e una scatola combinatrice (i piccoli sistemi di tipo stringa spesso omettono la scatola combinatrice).

Scatola di distribuzione CA:contiene interruttori automatici e un dispositivo di protezione da sovratensione.

Metro:un contatore di generazione o contatore bidirezionale utilizzato per regolare l'energia elettrica immessa in rete.

Protezione contro i fulmini, messa a terra e monitoraggio:questi mantengono il sistema sicuro e consentono di controllare i dati di generazione da remoto.

Dove si adatta

Funziona meglio dove il consumo di elettricità durante il giorno è elevato e la rete è stabile: case e ville autocostruite con spazio sul tetto utilizzabile, fabbriche, magazzini, supermercati e scuole che funzionano durante il giorno. Ha l'investimento più basso e la struttura più semplice, ed è la tipologia con la maggiore capacità installata a livello mondiale.

Esempi e raccomandazioni

Casa rurale autocostruita:con circa 60-80 metri quadrati di superficie del tetto si possono installare circa 8-10 kW. Scegli un inverter di stringa monofase o trifase. La generazione annuale dipende dalla luce solare locale, quindi stimala utilizzando i dati di irradiazione locale.

Edificio di fabbrica:un ampio tetto e un elevato carico diurno si adattano a un sistema da 300 kW a 1 MW, utilizzato principalmente per l'autoconsumo con eccedenza esportata in rete. Il rimborso è solitamente più breve rispetto ai sistemi residenziali.

Una cosa da tenere a mente

Un sistema collegato alla rete si spegne automaticamente quando la rete si interrompe (protezione anti-island). Ciò significa che una casa con un sistema collegato alla rete non ha ancora energia elettrica durante un'interruzione.
 

2. Sistemi solari off-grid: completamente indipendenti dalla rete

Come funziona

L'alimentazione dai pannelli carica prima la batteria. Quando i carichi assorbono energia, la batteria li alimenta tramite l'inverter. Il sistema è autonomo e non ha collegamento alla rete pubblica.

In cosa consiste

Pannelli solari e struttura di montaggio

Regolatore di carica solare:carica la batteria e la protegge, solitamente di tipo MPPT.

Banco di batterie:Vengono utilizzate batterie al litio ferro fosfato, piombo-carbone e gel-acido al piombo. La capacità della batteria determina per quanto tempo il sistema può funzionare senza sole.

Invertitore di rete ad isola:converte l'alimentazione CC della batteria in CA. Molti prodotti combinano il controller e l'inverter in un'unica unità.

Apparecchiature di distribuzione e protezione

Generatore di backup (opzionale):una fonte aggiuntiva durante lunghi periodi di tempo nuvoloso o piovoso.

Dove si adatta

Luoghi senza rete o dove la connessione alla rete costa troppo: isole, pascoli, avamposti di frontiera, case di montagna, stazioni di ricerca remote e stazioni base di telecomunicazioni.

Esempi e raccomandazioni

La casa di Herder:con un consumo giornaliero compreso tra 5 e 8 kWh, una configurazione di circa 3 kW di pannelli, circa 10 kWh di accumulo in batteria e un'unità all-in-one off-grid da 3 kW può gestire un frigorifero, una TV e l'illuminazione. Scaglionare l'uso di apparecchi ad alta potenza.

Suggerimento per la taglia:dimensionare la batteria in base al numero di giorni nuvolosi consecutivi che si desidera coprire. Di norma, prenota 2 o 3 giorni e anche di più dove il sole non è affidabile.

La maggior parte del costo di un sistema off-grid va alla batteria. La durata della batteria ha un grande effetto sul costo totale, quindi non giudicare solo dal prezzo iniziale.
 

3. Sistemi solari ibridi: storage Grid-Tied Plus, con alimentazione di rete e backup

Nel settore, questo tipo è più spesso chiamato asistema ibrido grid-tied/off-grido asistema ibrido solare-più-storage. Aggiunge una batteria a un sistema collegato alla rete, in modo che possa interagire con la rete e anche fornire energia autonomamente durante un'interruzione.

Come funziona

La generazione diurna serve prima i carichi. L'energia in eccesso carica la batteria e, una volta che la batteria è carica, il resto viene esportato nella rete. Di notte i carichi attingono dalla batteria e, quando la batteria è scarica, dalla rete. Quando la rete si interrompe, il sistema passa alla modalità off-grid e continua ad alimentare i carichi critici attraverso la sua porta di backup.

In cosa consiste

Pannelli solari e struttura di montaggio

Invertitore ibrido:combina le funzioni di un inverter collegato alla rete e di un inverter con batteria in un'unica unità. È l'elemento chiave dell'attrezzatura che distingue questo sistema dai due precedenti.

Accumulatore di energia:i sistemi residenziali attualmente si basano principalmente sul fosfato di litio-ferro.

Contatore intelligente o trasformatore di corrente:misura il consumo domestico e l'energia che fluisce da e verso la rete, che il sistema utilizza per decidere quando caricare e scaricare.

Sistema di gestione dell'energia (EMS):definisce le strategie operative, come la ricarica e la scarica in base al prezzo dell'energia elettrica in base al tempo di utilizzo.

Pannello di caricamento del backup:carichi critici come il frigorifero, l'illuminazione e le apparecchiature di rete sono collegati alla porta di backup.

Dove si adatta

Aree con interruzioni frequenti o rete instabile

Luoghi con un ampio divario tra i prezzi di punta e quelli non di punta dell'elettricità, dove è possibile caricare quando l'energia è economica e scaricare quando è costosa

Utenti sensibili alle interruzioni di corrente: uffici domestici, allevamenti, celle frigorifere e piccole cliniche

Esempi e raccomandazioni

Famiglia in villa:Da 8 a 10 kW di pannelli con accumulo in batteria da 10 a 20 kWh. Collega il frigorifero, l'illuminazione, il router e alcune prese alla porta di backup. La possibilità di includere carichi pesanti come i condizionatori d'aria dipende dalla potenza di uscita di backup dell'inverter.

Azienda zootecnica:installare un sistema collegato alla rete con stoccaggio in modo che le apparecchiature di ventilazione, riscaldamento e acqua potabile continuino a funzionare durante un'interruzione.

Un sistema ibrido costa più di uno collegato alla rete. Il denaro extra consente di acquistare due funzionalità: alimentazione di backup durante le interruzioni e arbitraggio dei prezzi. La sua redditività dipende dalla frequenza con cui si verificano le interruzioni a livello locale e dalla tariffa elettrica.
 

4. Sistemi solari CC puri: alimentazione CC senza inversione

Come funziona

L'elettricità CC proveniente dai pannelli non viene convertita in CA. Va direttamente ai carichi DC. Alcuni sistemi includono una batteria e un controller, mentre altri non ne hanno affatto: quando il sole splende il carico funziona, mentre quando non splende il carico si ferma.

In cosa consiste

Pannelli solari

Controllore CC(necessario solo nei sistemi con batteria)

Batteria(opzionale)

Carichi CC:Luci a LED, pompe dell'acqua CC, ventole CC, fotocamere e apparecchiature simili

Senza inverter, la struttura è la più semplice delle quattro e c'è una fase di conversione in meno in cui si perde energia.

Dove si adatta

Luoghi in cui il carico è di per sé CC, la potenza è ridotta e le apparecchiature sono sparse: lampioni solari, luci da giardino, pompe dell'acqua solari, irrigazione agricola, segnali stradali e apparecchiature di sorveglianza e piccoli dispositivi di comunicazione.

Esempi e raccomandazioni

Lampione solare:una configurazione comune prevede un pannello da poche decine di watt, una batteria al litio e un controller. La luce si accende automaticamente di notte e non è necessario alcun cablaggio.

Pompa dell'acqua solare:i pannelli azionano direttamente una pompa DC. Quanto più forte è il sole durante il giorno, tanto più acqua viene pompata in un serbatoio di stoccaggio per un uso successivo. Puoi escludere la batteria e risparmiare costi importanti.

I suoi limiti sono chiari. Non può alimentare direttamente i normali elettrodomestici AC e il livello di potenza non può essere molto elevato.

5. Come scegliere tra i quattro sistemi

Rispondi a queste domande in ordine:

C'è una griglia?In caso contrario, scegli off-grid o DC puro. Se sì, vai alla domanda successiva.

Quanto danneggerebbe un'interruzione?Se molto, scegli un sistema ibrido. Se non molto, scegli la griglia.

I tuoi carichi sono apparecchi CA o carichi CC?Se devi alimentare solo carichi DC come lampioni o pompe, la DC pura è sufficiente.

Qual è il tuo budget?A parità di capacità solare, la connessione alla rete è la più economica. I sistemi ibridi e off-grid aggiungono il costo delle batterie.

Domande frequenti

D: Perché un sistema collegato alla rete non funziona durante un'interruzione di corrente?Perché l'inverter è dotato di protezione anti-island. Se il sistema continuasse a fornire energia a una rete non funzionante, metterebbe in pericolo i lavoratori che effettuano riparazioni, quindi dovrebbe disconnettersi automaticamente. Se desideri energia durante le interruzioni, scegli un sistema ibrido.

D: È possibile convertire successivamente un sistema off-grid in un sistema ibrido?Sì, ma dipende dall'attrezzatura esistente. Se il sistema originale utilizza un inverter di rete ad isola, di solito deve essere sostituito con un inverter ibrido. I pannelli e la struttura di montaggio possono generalmente essere riutilizzati.

D: Un sistema CC puro è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a un sistema CA?Perde meno energia perché non è prevista la fase di inversione, ma solo se il carico è già un dispositivo DC. Acquistare apparecchi DC solo per risparmiare sulle perdite di conversione di solito costa più di quanto si risparmia.

D: Quale tipologia ha il miglior valore per una casa?Se la rete è stabile e qualcuno è a casa e utilizza energia durante il giorno, la connessione alla rete è il valore migliore. Se le interruzioni sono frequenti o il divario tra i prezzi di punta e quelli non di punta è ampio, prendi in considerazione un sistema ibrido. Il rimborso dipende dai prezzi locali dell'elettricità, dalle politiche di incentivi e dall'utilizzo effettivo, quindi chiedi un preventivo a un installatore locale qualificato.