Classificazione impianti: Guida alla progettazione di un Impianto Fotovoltaico pt. 3

Attualmente, un numero crescente di persone sceglie di intraprendere la strada delle energie rinnovabili. Esistono diverse modalità per produrre energia da impianti fotovoltaici, come l’installazione di un impianto ad uso personale, la partecipazione ad una comunità energetica o la creazione di un impianto a terra.

Oltre alla possibilità di autoconsumare l’energia prodotta, è possibile accedere a vari incentivi per gli impianti fotovoltaici, rendendo la scelta del solare vantaggiosa sotto molteplici aspetti.

Innanzitutto, l’energia prodotta è al 100% pulita e non genera emissioni di CO₂ nell’atmosfera. I pannelli solari offrono quindi la possibilità di perseguire l’indipendenza energetica, riducendo progressivamente la dipendenza dalla rete elettrica nazionale. Integrando una batteria per fotovoltaico, è possibile ridurre i costi in bolletta di oltre l’80%, sfruttando l’energia solare immagazzinata durante il giorno. Esistono diverse tipologie di impianti fotovoltaici per soddisfare le varie esigenze.

Il software Blumatica Impianti Solari non solo permette di progettare qualsiasi tipo di impianto, ma esegue anche il calcolo della redditività dell’impianto per tutta la sua vita utile, tenendo conto di tutte le modalità di cessione dell’energia definite dal GSE (es. comunità energetiche, agrivoltaico, scambio sul posto, ritiro dedicato, ecc.). Oltre a stimare la redditività dell’impianto, il software fornisce un’analisi oraria dei risultati relativi al bilancio energetico (ovvero dell’energia prodotta, autoconsumata, accumulata, prelevata da rete, condivisa, ecc.), in modo da capire come nel caso ottimizzare il proprio progetto.

Leggi anche gli altri articoli che ti guidano alla corretta progettazione di un impianto fotovoltaico: li trovi qui.

Le diverse tipologie di impianto fotovoltaico

Gli impianti fotovoltaici si classificano principalmente in base alla loro configurazione, alla destinazione d’uso e alla loro posizione. Ecco una panoramica delle diverse tipologie di impianti fotovoltaici:

• Grid connected: Questa tecnologia implica che l’impianto sia collegato alla rete elettrica nazionale. L’energia generata dai pannelli solari viene utilizzata direttamente per alimentare l’abitazione, mentre l’energia in eccesso viene venduta alla rete, garantendo un ritorno economico.
• Stand alone (detto anche “a isola”): L’impianto fotovoltaico non è collegato alla rete elettrica nazionale. L’energia prodotta dai pannelli solari viene immagazzinata in batterie, rendendo l’abitazione completamente autonoma dal punto di vista energetico. Solitamente, questo tipo di installazione è ideale per le zone remote.
• Storage: Questa soluzione ibrida combina gli aspetti dei sistemi grid connected e stand alone. In un sistema di tipo storage, l’energia prodotta viene inizialmente immagazzinata nelle batterie di accumulo. Una volta che le batterie sono completamente cariche, l’energia non autoconsumata viene immessa nella rete elettrica nazionale. Questa modalità consente di massimizzare l’autoconsumo e beneficiare dell’interconnessione con la rete per l’energia in eccesso.
• Plug & Play: Questa categoria include micro impianti fotovoltaici con una potenza inferiore a 350 W, progettati per essere semplici da installare e utilizzare. Sono ideali per soddisfare le esigenze di piccole applicazioni domestiche, come l’alimentazione di piccoli elettrodomestici o la ricarica di dispositivi elettronici. È fondamentale distinguere i micro impianti dai sistemi mini fotovoltaici, che hanno una potenza compresa tra 350 W e 800 W e possono gestire carichi leggermente più grandi.

Impianti fotovoltaici grid connected

Gli impianti grid connected, o connessi alla rete, rappresentano la tipologia più diffusa e consolidata di impianti fotovoltaici. Questi impianti sono collegati ed interfacciati con la rete elettrica nazionale.

L’energia prodotta dai pannelli solari viene utilizzata per alimentare le utenze, riducendo così la necessità di prelevare energia dalla rete elettrica nazionale e permettendo un significativo risparmio in bolletta grazie all’autoconsumo.

L’energia in eccesso, non utilizzata immediatamente, viene misurata dal contatore e immessa nella rete elettrica nazionale. Questi sistemi di monitoraggio e controllo avanzati si utilizzano per controllare la produzione e l’iniezione di energia nella rete, ottimizzando l’autoconsumo dell’energia prodotta e a gestire la vendita dell’eccedenza.

Questi impianti possono fornire energia alla rete elettrica quando la produzione supera il fabbisogno dell’utenza (vendita dell’energia in eccesso), mentre in assenza di produzione fotovoltaica, ad esempio di notte o in condizioni atmosferiche avverse, l’utente attinge energia dalla rete.

Gli impianti possono essere dimensionati per soddisfare le esigenze di diverse tipologie di utenze, da quelle residenziali a quelle commerciali e industriali, con potenze variabili da pochi kW per abitazioni private fino a diverse decine di MW per grandi installazioni commerciali o di scala industriale.

I vantaggi degli impianti grid connected includo:

• Riduzione delle emissioni: Contribuiscono alla riduzione delle emissioni di gas serra grazie alla produzione di energia rinnovabile.
• Continuità dell’approvvigionamento energetico: Anche quando i pannelli solari non producono energia, l’abitazione continua a essere alimentata dalla rete nazionale, garantendo un approvvigionamento costante.
• Accesso alle detrazioni fiscali: È possibile beneficiare di incentivi per l’acquisto e l’installazione di questo tipo di impianto fotovoltaico.
• Risparmio Economico: Riducono la bolletta energetica dell’utente, specialmente se l’autoconsumo è elevato.

Gli impianti fotovoltaici grid connected richiedono un’analisi preliminare dell’irradiazione solare locale, delle caratteristiche del sistema di distribuzione e degli aspetti normativi e tariffari locali. È importante considerare anche l’orientamento e l’inclinazione dei pannelli fotovoltaici per massimizzare l’efficienza energetica.

Impianti fotovoltaici a isola o “stand alone”

Le tecnologie fotovoltaiche stand alone, comunemente note come sistemi “off-grid”, sono la scelta ottimale per le residenze che non sono connesse alla rete elettrica principale.

Solitamente, questi impianti non sono usati sui tetti delle case in città, questi impianti non vengono utilizzati sui tetti delle case in città, poiché è praticamente impossibile disconnettersi dalla rete elettrica in un contesto urbano. In autunno e inverno, infatti, l’impianto non produrrebbe energia sufficiente per soddisfare le necessità domestiche. Al contrario, i sistemi a isola sono impiegati in zone dove l’allacciamento alla rete pubblica è difficile o economicamente svantaggioso, come baite isolate, case di campagna o rifugi.

Sistemi fotovoltaici autonomi di dimensioni ridotte possono essere montati anche su imbarcazioni, veicoli ricreazionali, navi, stazioni di ricarica per veicoli elettrici, segnali stradali e luci stradali. Questi sistemi sono progettati per alimentare dispositivi elettrici in corrente continua con bassa potenza.

L’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici viene utilizzata per alimentare le utenze dell’abitazione, mentre l’energia in eccesso viene immagazzinata nei sistemi di accumulo fino alla carica completa. Se c’è energia residua non utilizzata, questa viene persa e dissipata come calore. I sistemi di accumulo forniscono energia alle utenze durante la sera e nei momenti di necessità, fino al completo esaurimento.

Optare per un sistema fotovoltaico off-grid è conveniente per le abitazioni che non possono collegarsi alla rete ma necessitano comunque di un approvvigionamento energetico.

Funzionamento e componenti principali di un impianto stand alone:

• Pannelli Fotovoltaici: Durante le ore di sole, i pannelli fotovoltaici catturano l’energia solare e la convertono in elettricità in corrente continua (DC).
• Regolatore di Carica: L’elettricità generata viene inviata al regolatore di carica che la gestisce e la distribuisce alle batterie di accumulo. Il regolatore di carica assicura che le batterie siano caricate correttamente e non subiscano danni da sovraccarico o scarica profonda.
• Batterie di Accumulo: Accumulano l’energia prodotta dai pannelli per l’utilizzo durante i periodi di assenza di sole (di notte o in giorni nuvolosi).
• Inverter: L’energia immagazzinata nelle batterie viene convertita in corrente alternata (AC) tramite l’inverter, rendendola disponibile per l’uso domestico.
• Carichi: I carichi utilizzano l’energia convertita dall’inverter. Se la produzione di energia supera il consumo, l’eccesso viene immagazzinato nelle batterie. Se invece la produzione è inferiore al consumo, l’energia viene prelevata dalle batterie.

Un impianto fotovoltaico ad isola è una soluzione ecologica e pratica per generare energia in modo autonomo, specialmente in zone dove l’accesso alla rete elettrica è problematico. Tuttavia l’investimento iniziale per l’installazione potrebbe essere elevato e richiede una maggiore attenzione per garantire una lunga durata alle batterie. Assicura indubbiamente un risparmio sui costi energetici anche se l’efficienza può variare in base alle condizioni climatiche.

Impianti fotovoltaici storage

Gli impianti fotovoltaici con sistemi di accumulo rappresentano un’innovazione nel settore, combinando le caratteristiche degli impianti grid connected e stand alone in una soluzione ibrida.

L’energia prodotta da un impianto di tipo storage viene utilizzata per alimentare direttamente le utenze domestiche, mentre l’energia eccedente viene indirizzata verso i sistemi di accumulo fino a completa carica. Il surplus rimanente viene immesso nella rete elettrica nazionale, generando valore in base al tipo di cessione dell’energia elettrica scelta.

Gli impianti fotovoltaici con accumulo offrono una combinazione eccellente di autoconsumo diretto, accumulo per uso futuro e valorizzazione dell’energia residua tramite interconnessione con la rete nazionale Questa flessibilità li rende una scelta attrattiva per coloro che cercano un sistema energetico versatile ed efficace. Il mercato dei sistemi di storage ha un potenziale enorme; grazie alle batterie è possibile trasformare gli impianti fotovoltaici in sistemi di produzione e accumulo, immagazzinando l’energia prodotta nelle ore di picco per aumentare la quota di autoconsumo e utilizzando l’energia quando necessario, soprattutto nelle ore serali o in caso di blackout.

I sistemi di accumulo sono vantaggiosi per diversi motivi:

• Riduzione del prelievo di energia dalla rete pubblica
• Riduzione delle immissioni in rete dell’energia elettrica prodotta in esubero

Un sistema di accumulo si definisce come un insieme di dispositivi atti ad assorbire e rilasciare energia elettrica, generalmente costituiti da batterie, sistema di gestione BMS (Battery Management System) e convertitore, configurabili in diverse modalità.

Il sistema di storage permette di sfruttare al meglio l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico, aumentando l’autoconsumo e contribuendo al risparmio sulle bollette energetiche. L’uso del sistema di accumulo può essere ottimizzato mediante elettrodomestici intelligenti che si attivano su richiesta del sistema di accumulo, quando le batterie sono cariche e la produzione di energia supera i consumi.

La funzione dei sistemi di accumulo non è solo ottimizzare i flussi di energia all’interno dell’abitazione, ma comporta anche miglioramenti per la rete elettrica nazionale:

• riduzione della perdita di trasporto dell’energia;
• assorbimento delle punte di produzione in caso di variabilità delle condizioni climatiche;
• riduzione della produzione di energia da fonte termoelettrica nelle fasce serali, grazie al prelievo dalle batterie.

Per realizzare un impianto con accumulo, è necessario seguire specifiche regole tecniche che prevedono quattro tipi di configurazioni:

Configurazione 1: sistema di accumulo lato produzione monodirezionale

Il sistema di accumulo monodirezionale può ricevere energia elettrica esclusivamente dall’impianto di produzione ed è collegato al lato corrente continua dell’inverter.

Configurazione 2: sistema di accumulo lato produzione bidirezionale (integrato in corrente continua o alternata)

Un sistema di accumulo può assorbire energia elettrica sia dall’impianto di produzione che dalla rete, installato nel circuito elettrico in corrente continua o alternata, con due inverter distinti: uno collegato al fotovoltaico e un inverter bidirezionale collegato alle batterie.

Configurazione 3: sistema di accumulo post-produzione bidirezionale.

Un sistema di accumulo installato tra il misuratore dell’energia elettrica prodotta e il misuratore dell’energia elettrica prelevata e immessa, collegato sul bus AC.

Ecco i dettagli delle configurazioni e il diagramma per l’installazione dei contatori, stabiliti secondo le seguenti procedure:

• Contatore M1: posto nel punto di connessione con la rete con obbligo di connessione di terzi;
• Contatore M2: posto nel punto di produzione dell’impianto FER;
• Contatore M3: dedicato alla contabilizzazione dell’energia di carica e scarica del sistema di accumulo installato in caso di configurazione 3.

Impianti fotovoltaici Plug & Play

Oltre ai tradizionali pannelli solari installati sui tetti, negli ultimi anni stanno diventando sempre più diffusi i pannelli fotovoltaici plug and play. Queste soluzioni, meno costose, permettono di soddisfare parte del fabbisogno energetico domestico grazie all’energia solare. Si tratta di sistemi fotovoltaici semplici da installare e utilizzare, che richiedono una configurazione minima. Il termine “impianto fotovoltaico plug and play” si riferisce alla possibilità di collegare i pannelli solari direttamente a una fonte di alimentazione, come una presa elettrica, eliminando la necessità di interventi professionali.

Un impianto plug and play è composto da pannelli progettati per essere altamente portatili e adattabili, permettendo agli utenti di sfruttare l’energia solare in modo pratico direttamente dal balcone di casa, dalle finestre o dal giardino. Le componenti principali di un impianto solare plug and play includono:

• Pannello fotovoltaico: L’elemento principale è costituito dal pannello in silicio monocristallino o policristallino, che immagazzina l’energia solare.
• Micro-inverter: Questa componente essenziale converte la corrente continua generata dal pannello in corrente alternata utilizzabile nell’edificio.
• Telaio di supporto: I pannelli possono essere installati dove si desidera tramite un telaio di supporto e, se necessario, morsetti o staffe di fissaggio.
• Eventuali accessori: Alcuni impianti sono dotati di accessori aggiuntivi per migliorare il servizio, come cavi di collegamento o una batteria per lo stoccaggio dell’energia.

Per utilizzare l’impianto, è sufficiente posizionare i pannelli nel luogo desiderato e collegarli alla presa elettrica. In questo modo, l’energia solare viene trasferita direttamente alla rete domestica.

Questi impianti possono raggiungere una potenza nominale fino a 350 W e non richiedono permessi o autorizzazioni particolari per l’installazione. Tuttavia, è importante notare che con questo tipo di impianto non è possibile ricevere remunerazioni per l’energia elettrica immessa in rete.

La convenienza di un impianto fotovoltaico plug and play dipende da vari fattori, tra cui le esigenze personali, i costi iniziali e i potenziali risparmi. Questo tipo di sistema fotovoltaico è progettato per essere di dimensioni ridotte e può coprire solo una parte del fabbisogno energetico di un’abitazione. Tendono ad essere meno costosi rispetto ai sistemi fotovoltaici tradizionali, migliorando l’accessibilità all’energia solare per un pubblico più vasto.

Differenze tra le diverse tipologie di impianto

Tra tutte le tipologie di impianto analizzati, il sistema Plug and play è l’unico che presenta limiti di potenza, in quanto non richiede particolari autorizzazioni.

Tutti gli impianti consentono un autoconsumo di energia, che si traduce in un risparmio sui costi in bolletta, variabile a seconda del tipo di impianto realizzato. I sistemi grid connected e storage permettono di immettere l’energia eccedente in rete, offrendo la possibilità di ottenere un ricavo sull’energia prodotta e non autoconsumata. Al contrario, i sistemi stand alone e plug and play non consentono l’immissione dell’energia in eccesso in rete, impedendo così di ottenere alcun ricavo in questo senso.

I sistemi stand alone e storage permettono di immagazzinare l’energia elettrica prodotta in eccesso in appositi sistemi di stoccaggio, rendendola disponibile quando non vi è una produzione istantanea. Tuttavia, poiché tutti questi impianti si basano sull’uso di energia rinnovabile, garantiscono, seppur in modi diversi, una riduzione delle emissioni di CO₂.

Con il software Blumatica Impianti Solari, è possibile realizzare qualsiasi tipologia di impianto.

Oggi, è indispensabile l’utilizzo di un software che supporti in tutte le fasi di progettazione, infatti, Blumatica Impianti Solari è la soluzione ottimale da scegliere: provalo gratis per 30 giorni!

Chiara Manzo

Responsabile Tecnico