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Esperienza
Energia verde

Impianto fotovoltaico 2 kW con inseguitore solare

autocostruito su tetto a falde

Al fine di utilizzare al meglio i pannelli fotovoltaici si prevede di sostenere ciascun pannello con una struttura in acciaio zincato, congegnata in modo tale da permettere al pannello di ruotare su un asse in modo da restare circa ortogonale ai raggi solari durante la giornata (almeno nella fascia oraria dalle 9 alle 18). La rotazione sarà impressa da un attuatore lineare, elettrico, asservito ad una centralina elettronica che rileva da che parte deve far ruotare il pannello per mantenerlo ortogonale ai raggi solari.
Secondo la letteratura tecnica, l’inseguimento del sole consente di aumentare del 30 - 35 % la produzione di energia, passando, per la latitudine del caso, da 1400 a 1800 kWh/anno per kW installato. Pertanto, da 2 kWp, ci si attende la produzione annua di 3600 kWh. Questa energia è circa uguale al consumo annuo dell’abitazione. Considerato l’elevatissimo costo di acquisto dei pannelli (circa 900 €/ cad, della potenza di 170 W) è opportuno realizzare tale sistema di orientamento.

Con un sistema di inseguimento a due assi, dove l'angolo orizzontale (azimut) può variare di oltre 180°, si può ottenere una resa del 30-35% in più rispetto a un sistema fisso orientato a sud.

La linea verde rappresenta le prestazioni reali ottenute nel trimestre estivo osservato

Il fatto che il piano di posa non sia una terrazza orizzontale ma le falde di un tetto, orientate circa ad est ed ovest, inclinate del 33%, ha richiesto la soluzione di non semplici problemi per riuscire a soddisfare le seguenti esigenze: un orientamento principale del pannello a Sud, la possibilità che esso ruoti di + o - 45 °, evitare un’eccessiva altezza sul tetto per limitare l’esposizione al vento e l’impatto visivo, definire di un sistema di ancoraggio al tetto resistente, poco ingombrante e che non danneggi l’impermeabilità del tetto stesso. Accettare alcune ombre fra i pannelli nelle prime e nelle ultime fasi della giornata.

Il tetto è a due falde e la linea di colmo è orientata circa nord – sud; la pendenza delle falde è del 33 %.
La pressione del vento per la quale viene dimensionata la struttura è di 100 kg/mq.

Pannelli

Il pannello scelto è il modello KC170 GHT-2 della marca Kyocera; la cella voltaica è del tipo policristallino; le dimensioni del pannello sono 1290x990x36 mm, peso 16 kg, cornice in alluminio anodizzato; la sua potenza di picco è di 170 Watt alla tensione di 23,4 V, corrente nominale 7,27 A, e corrente in corto circuito 8.03A;
I moduli fotovoltaico sono garantiti 25 anni per una potenza non inferiore all’80 % della potenza nominale.
Vedasi la scheda tecnica.
I dodici pannelli sono collegati in serie; la tensione nominale (sotto carico) in uscita, in corrente continua è 280 V.

Inverter

L’apparecchio prescelto è il modello PVI 2000-IT della marca Magnetek; la sua potenza nominale lato ac è di 2000 W. Esso inizia ad immettere energia in rete quando la tensione proveniente dai pannelli supera 90 V. La corrente nominale e dell’inverter è di 8.6 A; rendimento max 96 %; IP 21; Dimensioni 440x465x57 mm, peso 6 kg.
Conforme alla normativa vigente per il funzionamento in connessione alla rete, la sicurezza e la compatibilità elettromagnetica, incluse: CEI 11-20, DK5950, IEC 61683, IEC 61727, EN 50081, EN 50082, EN 61000, certificazione CE.
Vedasi la scheda tecnica.
L’inverter è garantito dal produttore per 5 anni.
L’apparecchiatura ingloba un sistema automatico di controllo e regolazione atto a trasformare l’energia nella frequenza, tensione e fase corretti per la connessione alla rete e per la disconnessione quando ciò sia necessario, secondo gli standard stabiliti dalla norma DK5950. In particolare l’impianto si disconnette se la rete pubblica è fuori servizio.
Tali caratteristiche sono certificate e garantite dal produttore.

Schema elettrico:

Per semplicità non si è prevista la possibilità di alimentare l’abitazione quando la rete pubblica non è in tensione. Non vi sono quindi parti dell’impianto che possano funzionare in isola e l’uscita dell’inverter sarà connessa unicamente al punto di consegna alla rete. Pertanto, secondo quanto consentito dal punto 6.3 della norma DK 5950, il dispositivo di interfaccia può coincidere con quello del generatore.
Il dispositivo generale sarà un interruttore automatico con protezione magnetotermica coincidente con il limitatore di potenza, dell’ENEL, installato nel punto di consegna.
Per maggiore sicurezza e per comodità di esercizio, sono stati installati:
Lato corrente continua: due fusibili cilindrici tipo gG, In=10A, Vn=400V, P.I.=20kA, come consigliato dal costruttore dell'inverter. Un sezionatore bipolare di portata adeguata.
Lato corrente alternata: interruttore magnetotermico In=10A, caratteristica d’intervento tipo C, P.I.=4.5kA.
I cavi utilizzati per i collegamenti saranno:
Cavo unipolare H07RNF sezione 4 mm2 per la connessione dei pannelli.
Cavo unipolare FG7(0)R, sezione 4 mm2 per la connessione alla rete.
Questi ultimi verranno posati in una canaletta in materiale plastico, istallata a parete.

Schema allaccio alla rete ENEL e strumenti di misura:

Il misuratore M1 misura l'energia consumata dall'utenza meno quella prodotta dall'impianto fotovoltaico. Qualora il consumo superasse la produzione si pagherà la differenza all'ENEL con la tariffa di 0.15 €/kWh. Qualora la produzione superasse il consumo, si andrà in credito.
Il misuratore M2 misura l'energia prodotta dall'impianto e su questa si riceveranno 0.45 €/kWh dal GSE.
Entrambi i misuratori sono bidirezionali, infatti M2 è collegato in modo che l'energia prodotta venga segnata con segno negativo (questa è una convenzione dell'ENEL).

Costi:
Moduli fotovoltaici e inverter: 11000€.
Cavi elettrici: 200€.
Struttura di sostegno: 3000€.
Progettazione e montaggio: eseguito personalmente.
Produzione stimata annua: 3600kWh, pari a 2160€.
Rientro previsto dell'investimento: 6-7 anni.
Contributo: 0.45€/kWh sull'energia prodotta per 20 anni.
Vita stimata dell'impianto: 25 anni.
In rete dal 2006.

Realizzazione dell'impianto "Su sobi"

I pannelli, l'inverter e il box con gli scaricatori di sovratensione sono stati ordinati via internet da un noto e-commerce e con 100€ di spedizione ci sono stati recapitati a casa. Il tutto pesava poco più di due quintali.
A casa abbiamo realizzato un modello in legno del tetto per provare in officina il prototipo della struttura in ferro da noi ideata.

Sono stati necessarie alcune modifiche al progetto della parte metallica, ma alla fine ecco tutti i pezzi pronti da montare sul tetto. Con un trapano carotatore con carotiere a corona diamantata abbiamo eseguito i fori sul tetto dove poi sono state fissate con resina bicomponente delle barre filettate da 16 mm di diametro. Infine è stato sigillato con del silicone lo spazio fra la barra filettata e il foro sulla tegola.

Essendo l'inseguitore su tetto inclinato una applicazione molto speciale, è stato necessario usare un sistema di ancoraggio non convenzionale.

Ecco i primi cavalletti in posizione.

Tutti i bulloni sono zincati e dotati di doppio dado o rondella elastica a secondo dei casi, in modo da evitare l'evenienza che si allentino. Nella mansarda trova spazio l'inverter e i piccoli quadri con gli scaricatori di sovratensioni e i sezionatori lato DC e lato AC.

Il lavoro prosegue con il collegamento in serie dei pannelli. E' stato necessario costruire le prolunghe con il connettore multicontact, che è un pò scomodo da montare senza l'apposito inseritore, che ho ben pensato di costruirmi con il tornio.

Proseguo con il montaggio della centralina dell'inseguitore solare da me realizzata, che inizialmente si è mostrata un pochino indecisa nella commutazione, problema risolto con una piccola modifica al circuito. I pannelli si notano molto poco dal lato strada.

Dopo due mesi dalla richiesta di connessione l'ENEL installa i misuratori bidirezionali e ci allaccia alla rete. Il grafico riportato dall'inverter mostra che la giornata non è delle migliori, tuttavia a fine giornata totalizziamo 7.5 kWh.

Possiamo ritenerci soddisfatti per i risultati di energia prodotta e l'unicità della nostra installazione (credo che sia l'unico impianto al mondo ad utilizzare un sistema ad inseguimento su un tetto inclinato).

Il vento e il sole sono i nostri giacimenti inesauribili di "petrolio", aiutiamo l'Italia a non restare indietro anche stavolta.
Quando la Cina sarà coperta di celle solari che fanno energia per le città e per produrre idrogeno, ci diranno in coro di tenercelo quel maledetto barile!