- SOLAR POWER 24 promozione per accumulo fotovoltaico al litio
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FAQ dedicate all'accumulo fotovoltaico PAGINA IN SVILUPPO
1 - PERCHE' INSTALLARE UN ACCUMULO IN UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO ?
1 - PERCHE' INSTALLARE UN ACCUMULO IN UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO ?
Quando avete fatto installare un impianto fotovoltaico a servizio dell’abitazione di residenza probabilmente pensavate di ridurre i costi della bolletta elettrica, fino quasi ad azzerarli, perlomeno nella stagione estiva in cui la produttività è piu’ alta.
Sicuramente vi sarete accorti che la riduzione dei prelievi elettrici non è stata così alta come vi aspettavate. Questo avviene perché l’impianto produce energia di giorno quando c’è il sole, mentre la maggior parte dei consumi residenziali avvengono di sera o di notte. Ben difficilmente tutti i consumi elettrici possono essere concentrati nelle ore di maggiore produttività fotovoltaica; inoltre anche se si spostano i prelievi nelle ore diurne, quasi sempre non si riescono a calibrare i consumi istantanei con la potenza solare disponibile nello stesso momento. Ciò significa che per buona parte delle ore di funzionamento diurno, la potenza fornita dall’impianto fotovoltaico è ampiamente sovrabbondante rispetto ai contemporanei consumi e quindi la corrispondente energia generata viene “ceduta in rete”. Mentre alla sera o di notte per servire i consumi utente si è costretti a prelevare energia dalla rete.
Questo avviene perché l’impianto produce energia di giorno quando c’è il sole, mentre la maggior parte dei consumi residenziali avvengono di sera o di notte. Ben difficilmente tutti i consumi elettrici possono essere concentrati nelle ore di maggiore produttività fotovoltaica; inoltre anche se si spostano i prelievi nelle ore diurne, quasi sempre non si riescono a calibrare i consumi istantanei con la potenza solare disponibile nello stesso momento. Ciò significa che per buona parte delle ore di funzionamento diurno, la potenza fornita dall’impianto fotovoltaico è ampiamente sovrabbondante rispetto ai contemporanei consumi e quindi la corrispondente energia generata viene “ceduta in rete”. Mentre alla sera o di notte per servire i consumi utente si è costretti a prelevare energia dalla rete.
L’energia ceduta in rete viene remunerata (con lo SSP o il RID) circa la metà di quanto si paga in prelievo. Sarebbe conveniente immagazzinare una parte dell’energia prodotta dal sole di giorno e non utilizzata, per utilizzarla quando il sole non c’è, evitando costosi prelievi da rete. Questo è il concetto alla base dell’”accumulo fotovoltaico”. In altri termini tutti gli impianti fotovoltaici hanno un AUTOCONSUMO DIRETTO (rapporto tra consumi diurni ed energia prodotta dall’impianto fotovoltaico) che è limitato a circa il 25-30% (media annua). Se si vuole aumentare l’autoconsumo complessivo (rapporto tra totale dei consumi ed energia prodotta) occorre installare un sistema di accumulo esterno. L’obiettivo è raggiungere il 100% cioè coprire tutti i consumi dell’edificio con la produzione fotovoltaica.
2 - QUALI SONO LE PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI ACCUMULI "SOLAR POWER 24"?
Gli impianti di accumulo fotovoltaico che attualmente proponiamo sono stati sviluppati per utenze residenziali con contatore monofase ed hanno la caratteristica esclusiva di funzionare “ad isola” cioè completamente disconnessi dalla rete elettrica alla sera e durante la notte, mentre durante il giorno funzionano normalmente connessi.
Altra peculiarità esclusiva di avere capacità di accumulo personalizzabile sulla base dei consumi delle utenze presenti o futuri. Ad esempio se possedete già una auto elettrica o avete intenzione di acquistarla in futuro, è probabile che vogliate ricaricarla con l’energia prodotta dal vostro impianto fotovoltaico, ma che possiate farlo solo di sera o di notte, quando il vostro impianto non produce. Con un accumulo dimensionato sulla base dei consumi nelle fasce orarie F2 e F3 e un impianto fotovoltaico di taglia adeguata potrete realmente ricaricarla con energia autoprodotta e rinnovabile.
Gli impianti di accumulo, che proponiamo, si basano esclusivamente su pacchi di celle prismatiche ricaricabili ad alta capacità al litio ferro fosfato (LiFePo4) selezionate all'interno della gamma della Winston o Sinopoly con taglie specificamente pensate per l'accumulo di energia in impianti fotovoltaici o eolici. Le celle hanno tensione nominale di 3.2 V, quindi i pacchi sono da 4, 8 oppure 16 celle, per avere tensioni nominali rispettivamente di 12, 24 oppure 48 V. Sono state selezionate per consentire una gamma di capacità di accumulo nominale da circa 2 kWh giornalieri fino a circa 35 kWh. I kit che proponiamo sono completi degli accessori necessari per la loro applicazione (BMS, connettori etc.). L’adozione di pacchi fatti con celle separate anziché con batterie da 12V è dovuta alla limitata capacità di queste ultime.
Le celle (di nuova produzione e quindi con durabilità integrale) sono fornite dal produttore solo parzialmente cariche e vanno portate a carica completa prima del loro impiego. La prima carica è un’operazione delicata che può limitare la capacità di accumulo reale delle celle, se non svolta correttamente. Questa operazione viene effettuata a condizioni controllate (4 V di massima tensione e corrente massima pari a 0,5C per le celle Winston) nei nostri laboratori, senza costi aggiuntivi, per fornirvi celle pronte all'uso e testate una per una. La carica viene fatta per ogni cella singolarmente. Al termine viene prodotto un certificato che ne attesta il risultato.
3 - COME FUNZIONANO GLI ACCUMULI "SOLAR POWER 24" ?
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Come illustrato nello schema funzionale seguente si installano sul lato post-produzione (lato AC) e quindi consentono una gestione diretta dei carichi a 220V di tutto l’edificio. Non essendo installate sul lato in CC dell’impianto fotovoltaico, se questo è esistente NON alterano in alcun modo il profilo di produzione: caratteristica fondamentale in impianti incentivati.
In futuro si può immaginare di dedicare l’accumulo solo al servizio di utenze privilegiate (ad esempio alla ricarica dell’auto elettrica di famiglia o all’alimentazione di PDC particolarmente energivore), anziché a tutte.
L’accumulo si installa in parallelo all’impianto fotovoltaico; questo può essere già connesso (installazione in “retrofit”) oppure di nuova installazione. Se già esistente è richiesto ad ENEL un adeguamento dell’impianto senza aumento di potenza. Contestualmente all’installazione dell’accumulo può essere richiesto un incremento di potenza oppure l’installazione di un impianto fotovoltaico totalmente nuovo. In entrambi i casi, per avere la conformità alla norma CEI 0-21 che regolamenta le connessioni di impianti fotovoltaici alla rete pubblica ENEL, con o senza accumulo è richiesta l’installazione di un DDI esterno, conforme alla norma e l’installazione di un nuovo contatore bidirezionale M3, che misura energia scambiata dall’accumulo (installazione a carico ENEL). In ogni caso (a differenza di molti prodotti presenti sul mercato) l’installazione di nuovi pannelli contestualmente all’accumulo NON è obbligata, ma del tutto opzionale: l’impianto se già esistente resta inalterato e non è necessario intervenire con dispositivi che ne “ottimizzino” il funzionamento.
L’accumulo ovviamente funziona in maniera automatica. Installando l’apposito modulo di comunicazione XCOM-LAN è possibile accedere da remoto a un portale internet che duplica l’interfaccia del modulo di controllo dell’inverter e quindi consente monitoraggio e programmazione completa da remoto.
L’accumulo funziona con la durata di un ciclo al giorno uguale per 7 giorni alla settimana. Tuttavia, in maniera nativa al sistema di controllo dell’inverter è possibile avere cicli diversi per giorni diversi della settimana oppure attivare il ciclo solo per certi giorni della settimana.
Durante il giorno l’impianto fotovoltaico continua a funzionare connesso alla rete e scambia energia in base alla produzione fotovoltaica e ai consumi istantanei, come un normale impianto senza accumulo. Durante le ore centrali del giorno, quando l’intensità del soleggiamento è maggiore viene attivata la possibilità di caricare le batterie. E’ in sviluppo lo “SCADA SYSTEM “, applicazione basata sul dispositivo di monitoraggio, che, quando l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico supera una certa soglia di potenza, suddivide l’energia prodotta dal fotovoltaico in parte per caricare le batterie e in parte per servire le utenze domestiche, come un normale impianto in regime di “scambio sul posto”. Arrivati poi ad orario serale prescelto dall’utente in fase di installazione e modificabile da remoto se si desidera, la modalità di funzionamento commuta “ad isola” cioè l’impianto si stacca completamente dalla rete e funziona come impianto “off-grid” senza alcun prelievo da rete ma solo dalle batterie. Questa modalità termina al mattino successivo, quando la produzione fotovoltaica inizia a risalire ed è in grado di coprire i consumi medi delle utenze. Se durante il funzionamento notturno la tensione raggiunge il livello minimo si interrompe il funzionamento “ad isola” e l’impianto torna connesso alla rete.
L’accumulo fotovoltaico che proponiamo, come detto, è stato sviluppato per utenze residenziali con contatore monofase, che necessita di un solo inverter. E’ tuttavia possibile installare fino a 3 inverter in parallelo e farli funzionare in impianti trifase, sempre in applicazioni residenziali: questa OPZIONE è in SVILUPPO. Per altro è possibile immaginare utilizzi diversi, come ad esempio a servizio di piccole imprese o attività artigianali in cui l’energia delle batterie può essere utilizzata di giorno a integrazione del contatore normale per supportare richieste di energia con picchi di consumo (funzione “over-boost” delle batterie).
4 - QUAL E' LA MODALITA' DI CARICA DELLE BATTERIE ?
Per garantire un corretto processo di carica dei pacchi batteria, il caricabatterie dell’XTENDER viene programmato secondo il profilo di carica descritto QUI (documento in inglese). La carica si divide in 3 fasi:
1. una prima fase a corrente costante, con progressivo aumento nel tempo della tensione del pacco batterie (bulk charge), fino ad un massimo
2. Tale periodo di carica si conclude con una seconda fase a tensione costante, se viene raggiunta la tensione di carica massima (absorption charge). La modalità a tensione costante deve vedere una progressiva diminuzione della corrente di carica assorbita dalle batterie e terminare quando la corrente residua diventa inferiore a 0,015-0,02C (C = capacità nominale delle celle in Ah).
3. Carica di mantenimento (floating charge) in cui le batterie vengono tenute a tensione costante, leggermente inferiore a quella massima. Questa fase, con le batterie al LiFePo4 deve durare il meno possibile perchè non aumenta piu' in maniera significativa l'energia accumulata. Al contrario, un prolungato mantenimento porta al DANNEGGIAMENTO IRREVERSIBILE del pacco batterie per "OVERCHARCHING". Pertanto,nei nostri sistemi, se il pacco celle raggiunge la piena carica ossia la tensione di mantenimento (floating voltage) successiva alla massima tensione di assorbimento, si apre IMMEDIATAMENTE il relè che consente la carica interrompendo l’ulteriore assorbimento.
Per le prime 2 fasi talora si parla di carica a fasi CC-CV. Se durante la fase 1, finisce il tempo di carica, senza aver raggiunto la tensione massima, il processo di carica termina senza le fasi 2 e 3 e l’energia accumulata in kWh è pari alla somma del prodotto A x h x V (corrente di carica x n° ore x tensione raggiunta) istante per istante. Ad esempio se si caricano le batterie con 20 A costanti per 5 ore, la capacità accumulata dalle batterie aumenta di 100 Ah e l’energia è pari a 100xVm (tensione media nelle 5 ore). A causa del rendimento di conversione del caricabatterie l’energia assorbita dal fotovoltaico sarà maggiore (in media del 10-15%).
5 - DESCRIZIONE FUNZIONAMENTO PROTOTIPO E PRINCIPALI PRESTAZIONI OTTENUTE
Il funzionamento dell’accumulo è stato testato su un impianto fotovoltaico di potenza nominale pari a 2.8 kWp (azimut 0° tilt 25°) a servizio di una abitazione in provincia di Torino, il cui consumo annuo totale annuo è circa 4200 kWh corrispondenti a 12 kWh/giorno di media. Il fotovoltaico produce circa 3200 KWh/anno; di questi circa 1270 kWh rappresentano l’autoconsumo proprio. I prelievi da rete (confermati dalle bollette) risultano circa pari a 2900 kWh/anno (consumo – autoconsumo)
Nelle fasce F2-F3 il prelievo da rete medio è 80-85% dei prelievi totali corrispondenti a circa 6/7 kWh/gg: un accumulo di 9,6 kWh nominali sarebbe stato sufficiente. In previsione di futuri aumenti dei consumi elettrici si è installato un accumulo di 12.56 kWh (16 celle 260 Ah) con inverter XTM 4000. In attesa di realizzare lo “SCADA”, che consentirà una gestione ottimizzata della carica delle batterie in base alla potenza solare istantanea e quindi con orari variabili, si è adottata una gestione a fasce orarie fisse secondo il seguente schema (con riferimenti ad ora legale).
Di seguito riportiamo in sintesi i principali risultati acquisiti:
Per la carica delle celle si consigliano correnti di carica dell’ordine massimo di 0,5C [C=capacità nominale in A] anche se sono tollerate correnti fino a 3C. Con la ricarica si ha un graduale aumento della tensione. Anche in fase di prelievo con correnti dell’ordine di 50A la tensione cala al massimo di circa 0,5/0,6V. Quindi le tensioni ai terminali sono poco influenzate dalle correnti di scarica (o carica).
Con le capacità che consideriamo (tra 160Ah e 700 Ah) i valori massimi delle correnti di carica dipendono dal caricabatterie e non dalla capacità delle celle.
In assenza dello “SCADA SYSTEM” l’ingresso ACin dell’inverter ad isola è collegato alla rete e quindi è possibile mantenere la corrente di carica costante per le 6 ore previste. Si può facilmente prevedere quindi l’aumento della energia accumulata in Ah. Ad esempio con corrente di 20 A la capacità aumenta di 120 Ah.
I pacchi batteria dimostrano di rispettare correttamente la capacità nominale attesa e di poter essere utilizzati al 100% e piu’: ad esempio caricando 40 A per 7,25 ore oppure 50A per 5,8 ore si ha un accumulo di 290 Ah con tensione che varia tra 44V (2.75 V per cella) e 59,2V (3.7 V per cella) e media 54V, contro i 260 Ah nominali. Gli accumuli intermedi variano in questo intervallo in modo legato alla corrente e alla tensione.
La possibilità di raggiungere queste tensioni massime e quindi di sfruttare in pieno le capacità di accumulo dei pacchi batteria dipendono dal fatto che la prima carica è stata effettuata portando le celle a 4 V. Le tensioni consigliate ai terminali della singola cella devono essere piu’ basse e, in particolare, variano secondo figura seguente
La tensione in condizioni di uso normale viene fatta oscillare tra 48 V e 58,4V
Durante la carica, moltiplicando gli Ah per la tensione in V istante per istante si ottiene l’energia accumulata in Wh. Nella carica precedemente descritta vengono accumulati circa 14 kWh a fronte di un prelievo complessivo dall’impianto fotovoltaico di circa 17 kWh. Nella seguente schermata del “remote control” RCC02 possiamo visualizzare potenza assorbita, corrente e tensione istantanee.
Nelle ore centrali della giornata se la potenza da fotovoltaico è sufficiente, il pacco batterie può essere totalmente caricato. Come verifica di fattibilità è stato caricato il pacco batteria da 260 Ah con una corrente costante di 50 A in circa 5,25 ore, partendo da batteria totalmente scarica (SOC=0%) fino ad arrivare a SOC=100%. Con un corretto dimensionamento dell’impianto fotovoltaico sulla base dei consumi totale annui, è possibile la carica completa del pacco batteria nel periodo da marzo ad ottobre con energia proveniente esclusivamente dal fotovoltaico.
6 - L'ACCUMULO E' COMPATIBILE CON LA NORMA CEI 0-21?
L'inverter utilizzato è un caricabatterie/inverter adatto per funzionamento ad isola e quindi non è mai connesso con continuità alla rete pubblica. Non è quindi necessaria la conformità alla norma degli accumuli disponibili in commercio che sono sempre connessi alla rete.
Durante la carica diurna la rispondenza alla norma CEI 0-21 è garantita ovviamente dall'inverter di rete.
La configurazione è comunque approvata, come conforme, dal GSE, come riportato nel documento QUI allegato.