I generatori solari domestici stanno diventando sempre più popolari tra i proprietari di case. Più casi di interruzioni di corrente per calamità naturali sono una preoccupazione crescente che sottolinea l’importanza della sicurezza energetica e, quindi, dei generatori di energia. Sebbene i generatori a benzina o diesel siano sempre stati sul mercato, i loro elevati costi operativi e gli effetti dannosi sull’ambiente stanno spingendo le persone verso opzioni più pulite ed economiche come l’energia solare. Anche la durata dei generatori solari può essere notevolmente più lunga.
Una guida al dimensionamento del generatore solare domestico, come questa, è essenziale se vuoi capire quale tipo di generatore si adatta meglio alla tua casa. Il dimensionamento di qualsiasi impianto solare domestico dipende principalmente dalla quantità di energia utilizzata e dal numero di apparecchi utilizzati e dal loro consumo energetico.
Capire il consumo di energia / energia
Quando si dimensionano i sistemi di energia solare, si dovrebbe iniziare con la comprensione della quantità e del modello di consumo energetico. Fortunatamente, calcolare il tuo consumo energetico specifico è relativamente semplice. Tuttavia, le persone preferiscono dimensionare i generatori solari per soddisfare solo i requisiti di alimentazione “essenziali” e non l’intera casa. In caso di interruzione di corrente, la maggior parte di noi può fare a meno di utilizzare diversi apparecchi.
Per cominciare, fai un elenco dei tuoi elettrodomestici “essenziali”. La maggior parte delle persone sceglie luci interne, frigoriferi, un forno a microonde, uno o due laptop e pochi altri elettrodomestici di base, come lavastoviglie e lavatrici.
Energia
Dopo aver creato un elenco degli apparecchi necessari che si desidera alimentare il generatore, il passaggio successivo consiste nell’aggiungere il consumo di energia per avere un valore di fabbisogno energetico totale. Per questo, è necessaria la potenza nominale di ogni apparecchio misurata in watt.
Ci sono due modi per saperlo. Il primo è controllare l’etichetta della potenza nominale sull’apparecchio. Ogni apparecchio avrà un’etichetta del produttore con queste informazioni.
L’altro modo è utilizzare un elenco di apparecchi già pronti e il loro fabbisogno di potenza . Alcuni apparecchi potrebbero non avere il consumo energetico in watt indicato sull’etichetta, quindi moltiplicando la tensione e la corrente (ampere) otterrai i watt consumati all’ora.
È necessario tenere presente che alcuni apparecchi utilizzano più energia durante l’avvio, come le pompe dell’acqua. Quando si tratta di generatori solari di backup per la casa, evitare del tutto questi apparecchi dal calcolo.
Una casa americana media necessita di circa 6kW di pannelli solari. Durante il dimensionamento di un generatore solare per la tua casa, considerando solo gli elettrodomestici essenziali. Questo valore dovrebbe idealmente scendere a meno della metà, ma può variare in base a ciò che si definisce “essenziale”.
Dopo aver elencato tutte le potenze nominali dell’apparecchio, sommale. La somma è la potenza totale richiesta dal generatore solare domestico. Ad esempio, se il totale ammonta a 1000 watt, la capacità dei pannelli solari deve essere di almeno 1000 W (1 kW). Ecco un elenco di esempio di elettrodomestici e dei loro wattaggi:
Energia
Una volta calcolato il fabbisogno energetico totale, il passaggio successivo nel dimensionamento del sistema di generazione è comprendere il fabbisogno energetico. L’energia viene consumata o generata in un’ora e l’energia è quando quell’energia viene consumata o generata nell’arco di diverse ore.
Comprendiamo l’importanza di comprendere il consumo di energia con un esempio. Supponiamo che in base al calcolo della potenza, decidi di utilizzare 1 kW di pannelli solari. Usi 1000 watt all’ora per circa 8 ore al giorno, ma i tuoi pannelli ricevono abbastanza luce solare per solo 5 ore di generazione di energia. Ciò significa che, sebbene il consumo di energia e la generazione di energia corrispondano, rimangono ancora 3 ore senza alimentazione.
È proprio qui che entra in gioco l’energia. Comprendere il consumo di energia durante il giorno aiuta a dimensionare il sistema per avere la giusta dimensione di pannelli solari. Tornando al nostro esempio, calcoliamo la quantità di energia necessaria in un giorno:
1 kW × 8 h = 8 kWh
Dimensionamento del pannello
Il nostro obiettivo è disporre di pannelli sufficienti per produrre energia sufficiente per un utilizzo completo di 24 ore. Ora, considerando le 5 ore di luce solare nella tua zona, scopriamo quanti kW di pannelli sono necessari:
8 kWh ÷ 5 h = 1,6 kW
Ciò significa che per compensare le tre ore mancanti, la potenza del nostro generatore deve essere di 1,6 kW invece di 1 kW che abbiamo inizialmente calcolato.
Tuttavia, una potenza totale di 1,6 kW può alimentare la tua casa per le stesse 5 ore dei pannelli da 1 kW, quindi avere solo pannelli di dimensioni sufficienti non è sufficiente. In tal caso, avremmo energia in eccesso durante i pomeriggi. Memorizziamo questa energia extra e la usiamo più tardi durante le nostre 3 ore extra, che di solito è la sera tardi. Quindi entrano in scena: le batterie!
Dimensionamento della batteria
Abbiamo già discusso del motivo per cui i pannelli di grandi dimensioni non sono la soluzione completa per un generatore per alimentare i tuoi apparecchi che funzionano più a lungo durante il giorno. Potresti installare centinaia di pannelli e non essere ancora in grado di far funzionare un forno a microonde per cena. Abbiamo bisogno di batterie per immagazzinare l’energia in eccesso. Le batterie garantiscono inoltre un’alimentazione continua durante i cambi improvvisi delle quantità di luce solare.
Le batterie sono dispositivi chimici. Usano l’elettricità per subire una reazione chimica, che fornisce una certa energia potenziale alle batterie. Quando i terminali della batteria sono collegati a un carico elettrico, si verifica una reazione chimica inversa e produce elettricità, che chiamiamo scarica della batteria.
Tornando al nostro esempio, abbiamo già capito che abbiamo bisogno di pannelli solari da 1,6 kW, che genereranno 8 kWh di energia. Ora dobbiamo decidere quanta energia deve essere immagazzinata nelle batterie. L’intero 8 kWh non ha bisogno di essere immagazzinato nelle batterie poiché una parte dell’energia verrà utilizzata durante i pomeriggi non appena verrà generata.
Supponiamo che il tuo consumo energetico durante il giorno sia di 5 kWh e durante la tarda sera sia di 3 kWh. Ciò significa che dobbiamo dimensionare le batterie che immagazzineranno 3 kWh di energia solare.
Ci sono due opzioni da qui. Il primo è scoprire la giusta dimensione delle batterie richieste, predisporre le batterie e collegarle ai pannelli. Avrai anche bisogno di un regolatore di carica solare per assicurarti che le batterie siano caricate in modo sicuro ed efficiente dai pannelli e un inverter per convertire la potenza da CC a CA per renderla adatta all’uso in casa poiché tutti gli elettrodomestici sono progettati per funzionare in corrente alternata (AC).
La seconda e molto più semplice opzione è quella di scegliere uno dei generatori di backup solare prontamente disponibili. Questi generatori solari sono un’unità integrata del regolatore di carica, della batteria e dell’invertitore di potenza integrato. I moderni generatori solari spesso sono dotati di molte altre utili funzioni, come un display LCD e varie prese di corrente o porte pronte per l’uso. In questo caso dovrebbe essere sufficiente un generatore portatile da 1000-2000 watt. Potrebbe non alimentare un’intera casa, ma questo è ciò che gli conferisce la sua portabilità.
L’opzione pronta per l’uso potrebbe essere leggermente costosa, sebbene più affidabile e durevole. Se scegli di utilizzare la prima opzione, scopriamo come calcolare il dimensionamento della batteria per il generatore da 1kW per la tua casa:
Le batterie di solito vengono fornite con Ah (ampere-ora) e voltaggio come da specifiche. Pertanto, dovremo convertire i kWh richiesti in Ah per trovare il numero corretto di batterie per il nostro utilizzo. Dal nostro esempio, sappiamo che dobbiamo immagazzinare 3kWh o 3000Wh. Vediamo come convertirlo in Ah e V. La potenza è un prodotto di corrente e tensione, quindi,
W = A × V
Quindi, Wh = Ah × V
Abbiamo bisogno di immagazzinare 3000 Wh e le batterie sono generalmente classificate a 12V, quindi,
Ah = Wh ÷ V = 3000 ÷ 12 = 250
Nel caso ideale, 250 Ah di capacità della batteria dovrebbero essere sufficienti, ma altri due fattori riducono l’effettiva fruibilità della capacità della batteria. Uno è l’efficienza, in cui le batterie perdono energia nella conversione; quindi una batteria da 250 Ah immagazzinerebbe meno energia al suo interno.
Il secondo è la profondità di scarica o il livello di scarica consentito di qualsiasi batteria. L’estrazione del 100% dell’energia immagazzinata da una batteria danneggia la batteria. L’efficienza della batteria è solitamente dell’80% circa e anche la profondità di scarica (per batterie specifiche per il solare) è dell’80% circa. Il nostro effettivo Ah richiesto diventa quindi:
250 Ah ÷ (0,8 x 0,8) = 390 Ah
Avremmo quindi bisogno di circa 400 Ah di batterie da 12V per l’energia di backup del nostro generatore solare domestico. Questo può essere sotto forma di quattro batterie da 100 Ah collegate. Queste batterie possono essere collegate tutte in serie, in parallelo o entrambe, a seconda della tensione nominale dell’inverter e del regolatore di carica. Puoi utilizzare qualsiasi tipo di batteria purché si adatti alle tue esigenze e al tuo budget.
Per il regolatore di carica, è sufficiente scoprire la corrente nominale dividendo i watt del pannello solare per la tensione della batteria. In questo caso:
1000 W ÷ 12 V = 83,3 A
Considerando un margine di sicurezza, dovrebbe essere sufficiente un regolatore di carica solare da 100 A. La selezione dell’inverter si basa anche sulle dimensioni dei pannelli. In questo caso, dovrebbe essere adatto un inverter da 1kW. Molti produttori forniscono anche inverter ad isola con regolatori di carica integrati.
Nel complesso, i generatori solari sono macchine potenti che possono servire la tua casa per decenni, soprattutto per alimentare durante i blackout. I principi di funzionamento di un generatore solare sono semplici da capire. Il processo di dimensionamento dei generatori solari domestici non è complicato e richiede pochi semplici passaggi. Tuttavia, consigliamo di optare per uno dei generatori solari portatili ben costruiti e pronti all’uso che eliminano il fastidio della selezione dei componenti, del cablaggio e dell’eventuale manutenzione.
