Progettare un impianto solare e un regolatore di carica: dimensionare correttamente l'MPPT

Il fotovoltaico è un'ottima fonte di energia per i sistemi autonomi, a condizione che i moduli solari e i regolatori di carica siano progettati correttamente. Victron Energy è nota per i suoi regolatori di carica solari MPPT, che funzionano in modo molto più efficiente rispetto ai semplici regolatori PWM. Ma quali devono essere le dimensioni del regolatore? È possibile utilizzare pannelli solari “troppo grandi” su una batteria? E qual è il modo migliore per collegare i moduli? Di seguito sono riportate alcune domande frequenti sulla progettazione di impianti solari con Victron:

MPPT vs. PWM: qual è la differenza?

MPPT sta per Maximum Power Point Tracking. Un regolatore MPPT funziona come un convertitore CC-CC che trasforma la tensione più elevata dei moduli solari e la converte in una corrente di carica più elevata per la batteria. Ciò gli consente di utilizzare in modo efficiente anche moduli con tensione a vuoto di 30 V, 50 V o superiore su una batteria da 12 V. Un semplice regolatore PWM, invece, collega il modulo solare direttamente alla batteria e “taglia” la sovratensione: con un modulo da 50 V a 12 V, un regolatore PWM lascerebbe inutilizzata la maggior parte della tensione (cioè raccoglierebbe solo una piccola parte della potenza del pannello). Con un regolatore di carica MPPT Victron, invece, non si perde nulla: finché la tensione del pannello è superiore di almeno 5 volt alla tensione della batteria, il regolatore MPPT inizia a funzionare. Adatta l'ingresso per trovare sempre il punto di funzionamento ottimale (Vmp) del modulo solare e converte la sovratensione in corrente di carica aggiuntiva. Risultato: la batteria viene caricata a piena potenza anche con tensioni fotovoltaiche più elevate, invece di lasciare che l'energia “rimanga sospesa nell'aria”. In breve: con MPPT è possibile utilizzare moduli solari ad alta tensione (spesso noti come “moduli da 24 V”) su sistemi da 12 V o 24 V e i moduli forniscono sempre il massimo rendimento possibile in base all'irraggiamento.

Moduli in serie o in parallelo?

Il collegamento dei moduli solari deve essere ben ponderato. I moduli collegati in serie aumentano la tensione totale (Voc si somma). Ciò ha il vantaggio che la corrente sul lato fotovoltaico rimane bassa: è possibile utilizzare cavi più sottili dal tetto al regolatore e l'impianto è meno sensibile all'ombra sui singoli moduli (fino a un certo punto). Tuttavia, la tensione a vuoto totale a basse temperature non deve superare il limite del regolatore. Esempio: due moduli da 50 Voc in serie danno 100 Voc a 25 °C, ma in inverno possono superare i 120 V, il che sarebbe eccessivo per un regolatore da 100 V! Pertanto: in caso di collegamento in serie, lasciare sempre un po' di riserva rispetto alla tensione massima o scegliere direttamente il regolatore da 150 V. Il collegamento in parallelo, invece, mantiene bassa la tensione (uguale alla tensione del modulo), ma aumenta la corrente: potrebbero essere necessari cavi più spessi e più fusibili, e l'ombreggiamento parziale di un modulo riduce solo il suo contributo, non quello degli altri. Spesso una combinazione è ottimale: ad esempio 2 in serie, di cui diverse stringhe in parallelo, in modo da rimanere nell'intervallo di tensione sicuro e limitare l'intensità di corrente per stringa. Utilizzate il calcolatore online Victron per trovare la configurazione ottimale: tiene conto dei valori caratteristici dei moduli e dei fattori di temperatura.

Adattare le dimensioni del regolatore e del modulo

È importante che il regolatore di carica solare sia adeguato alla potenza del modulo. Ogni regolatore MPPT ha una corrente massima (ad es. 15 A, 30 A, 50 A ecc.) e una tensione a vuoto PV massima (ad es. 75 V, 100 V, 150 V a seconda del modello). Non superare questi valori! Esempio: il Victron SmartSolar 100/50 può elaborare circa 700 W a 12 V (50 A) o 1400 W a 24 V. Se si collegano più moduli, il regolatore ridurrebbe la potenza al di sopra dei 50 A (clipping), ovvero i watt in eccesso rimarrebbero inutilizzati. Questo non danneggia il regolatore, ma è denaro sprecato per moduli che non possono mai funzionare a pieno regime. Nella scheda tecnica si trova di solito un'indicazione della potenza fotovoltaica massima per sistemi a 12 V e 24 V per regolatore. Attenersi a tale indicazione. Suggerimento: la tensione della batteria influenza la potenza fotovoltaica utilizzabile: su un regolatore da 50 A sono possibili solo ~700 W a 12 V, ma ~1400 W a 24 V, perché la stessa corrente di carica può elaborare più volt. Può quindi essere utile passare a un sistema di batterie più potente (24 V o 48 V) se si desidera integrare una grande quantità di energia solare – ne parleremo tra poco.

Sistemi a 12 V vs. 24 V (per impianti solari):

Come indicato sopra, una tensione di sistema più elevata comporta alcuni vantaggi. Maggiore potenza fotovoltaica per regolatore: su un MPPT 100/50 sono possibili 1400 W a 24 V rispetto a 700 W a 12 V. Meno corrente sul lato batteria: gli impianti solari di grandi dimensioni (ad es. >800 W) alimentano la batteria con correnti molto elevate a 12 V (60-80 A o più). Ciò richiede cavi batteria spessi e fusibili di grandi dimensioni. Passando a 24 V, queste correnti si dimezzano a parità di potenza: il sistema diventa più efficiente e più facile da cablare. Quando rimanere a 12 V? – Nei furgoni/barche con consumatori prevalentemente a 12 V e potenza solare moderata (ad es. 1-2 pannelli, 100-400 W), 12 V sono più che sufficienti. La maggior parte dei camperisti se la cava bene con 12 V, purché l'impianto solare rimanga gestibile. Quando passare a 24 V/48 V? – Se si prevede di utilizzare un inverter di grandi dimensioni (>2000 W) o un numero elevato di pannelli solari, vale la pena passare a una tensione più alta. Victron consiglia sistemi a 12 V fino a circa 3 kVA di potenza richiesta, 24 V fino a ~5 kVA e oltre 48 V. Ciò riduce drasticamente l'intensità di corrente e aumenta l'efficienza. Tuttavia, tenete presente che il funzionamento misto (alcuni dispositivi a 12 V in un sistema a 24 V) richiede convertitori CC-CC. Ad esempio, con un Orion 24/12 è possibile convertire la tensione di bordo per continuare a utilizzare dispositivi a 12 V. In questo modo si combinano i vantaggi di entrambi i sistemi.

Conclusione

Un regolatore di carica MPPT Victron ottiene il massimo dai vostri moduli solari, anche se la loro tensione nominale è molto superiore alla tensione della batteria. È tuttavia importante dimensionare correttamente il regolatore e i moduli: rispettate i limiti di tensione e scegliete un regolatore sufficientemente grande per la corrente del pannello. Per gli impianti di grandi dimensioni è preferibile utilizzare tensioni di batteria più elevate, al fine di ridurre al minimo le perdite e sfruttare appieno le potenzialità dei regolatori. Con le impostazioni corrette (impostazione dei profili di carica per la batteria, eventualmente sensore di temperatura) potrete garantire il funzionamento efficiente e sicuro del vostro impianto solare, per batterie completamente cariche ed energia elettrica indipendente ogni volta che splende il sole.

Domande frequenti sul dimensionamento dei regolatori di carica MPPT