Si sente parlare ormai spesso di pannelli solari, impianti fotovoltaici, conto energia, ma il pensiero dell’impianto solare in casa continua ad essere considerato con un certo distacco, qualcosa di astratto sia per difficoltà tecniche, che per il fatto che non si riesce ad ottenere indicazioni precise sui costi effettivi e sui vantaggi.
Con questo articolo vorrei descrivere la progettazione di un impianto, mostrando i calcoli necessari per il dimensionamento, fino ad arrivare ai conteggi economici. L’obiettivo è dimostrare che si tratta di qualcosa alla portata di tutti e che non sono necessari grossi investimenti, come spesso invece si pensa. Inoltre vedremo come è possibile pensare ad un impianto misto, realizzabile anche in appartamento in città, avendo da subito benefici economici
Innanzi tutto dobbiamo definire lo scopo che vogliamo raggiungere: possiamo realizzare un impianto che produce energia e la immette nella rete elettrica “rivendendola” al nostro fornitore di energia, oppure un impianto che produce energia, ci permette di accumularla ed essere autonomi (totalmente o in parte) dal fornitore di energia elettrica. Mi vorrei concentrare su quest’ultimo caso, dove l’indipendenza può essere totale o parziale. Indipendenza totale significa che produciamo abbastanza energia da essere autonomi, parziale significa che dividiamo l’impianto elettrico di casa in due sezioni: una alimentata da noi e l’altra alimentata come adesso. Per esempio possiamo concentrarci sull’illuminazione, realizzando un mini impianto solare.
Gli elementi di un impianto
Nel disegno è illustrato l’impianto tipo. Gli elementi essenziali sono:
- il pannello solare
- la batteria
- il regolatore di carica
- l’inverter
Il pannello solare produce energia elettrica. Lavora solitamente a bassa tensione (12 o suoi multipli). La batteria accumula energia elettrica tramite il controllore di carica. L’inverter serve per innalzare la tensione a 220V.
Alcune basi prima di addentrarci nei calcoli: energia e potenza.
Gli apparecchi elettrici hanno un consumo espresso in Watt. Questo indica la potenza necessaria per accenderlo. Utilizzare come grandezza di riferimento la potenza porta notevoli vantaggi nello svolgimento dei calcoli e nei ragionamenti: le potenze si sommano e sono indipendenti da tensione e corrente. Una lampadina da 100W consuma 100W per ogni istante in cui è accesa. Accenderne un’altra porta ad un consumo totale di 200W, anche se la prima funziona a 220V e la seconda a 12V.
Come si fa allora ad individuare il fabbisogno di energia, sempre pensando al nostro impianto? Dobbiamo capire come passare dalla potenza all’energia (o lavoro).
Possiamo vedere l’energia come la misura della capacità della potenza. Quanta energia serve per tenere accesa la lampadina di prima? Dipende da quanto tempo deve restare accesa. Se la vogliamo accesa per un’ora dobbiamo fornire 100W per un’ora, cioè
100W x 1h = 100Wh
Ecco una grandezza che ci è famigliare, almeno perché è quella presente nella bolletta, per cui ci viene addebitata l’energia.
La capacità delle batterie è solitamente espressa in Ah (Ampere ora). Ricordiamo che W = V x A. Per fare un esempio, una batteria da macchina da 12V 45Ah ha una capacità di 12×45 = 540Wh
Con questa batteria possiamo tenere accesa la lampadina per 5,4 ore, oppure due lampadine per 2,7 ore, e così via.
Già questa considerazione ci fa capire che senso ha l’utilizzo di una batteria in un impianto.
Manca un ultimo passaggio: la batteria deve essere caricata. Significa che questi 540Wh in qualche modo devono entrare. Per fare questo basta far entrare dell’energia nella batteria con un qualsiasi generatore (di solito si usa il caricabatterie, ma un pannello solare va bene uguale…!)
Se considero di tenere in carica la batteria per 10 ore, dovrò avere un caricatore in grado di erogare 540/10 = 54W costantemente per tutte le 10 ore.
Dimensionamento dell’impianto
Dovremmo avere tutti gli elementi per effettuare il dimensionamento del nostro impianto.
I tre elementi da prendere in considerazione sono:
- energia richiesta: il nostro consumo che vogliamo coprire
- potenza del pannello solare
- capacità della batteria
Immaginiamo di voler realizzare un impianto per la sola illuminazione di casa. Dobbiamo analizzare il nostro consumo, in base a quanto e quante luci teniamo accese durante il giorno. Dobbiamo considerare il caso peggiore: in pieno inverno.
Stanza per stanza, va conteggiato il tempo in cui la luce resta accesa. Esempio: Cucina 1 ora la mattina e 2 la sera, camera 1 ora mattina e 2 ore la sera, bagno: 1 ora sommando tutto, salotto: 5 ore la sera. Ipotizzando tutte lampadine da 100W, con un totale di 12 ore abbiamo 1200Wh = 1,2kWh
Iniziamo a ridurre i consumi: sostituiamo le lampadine ad incandescenza 100W con le equivalenti a risparmio energetico da 20W. Con questo valore l’energia che ci serve è 240Wh
Potenza del pannello solare.
Il pannello solare deve essere in grado di fornire l’energia richiesta. Se consideriamo che il funzionamento del pannello è concentrato in 8 ore, la potenza che deve erogare è di 240/8 = 30W
Capacità della batteria
La necessità stretta è avere una capacità almeno pari al fabbisogno. Possiamo fare alcune considerazioni che ci permettono di ottimizzare l’impianto: siccome il consumo da lunedì a venerdì e nel week end è differente, lavorando sulla batteria non abbiamo bisogno di dimensionare i pannelli per il caso peggiore. Immaginiamo di utilizzare con questi conti un pannello solare da 40W.
Per i 5 giorni della settimana 40×8 = 320 Wh in ingresso – 240 Wh consumati
Significa che ogni giorno ho un avanzo di 80Wh, che sabato mattina sono 80×5 = 400Wh
200Wh disponibili per sabato e 200 per domenica, con la possibilità di portare da 240 a 440 l’energia disponibile.
Con questa considerazione la batteria deve avere una capacità di 240 + 400 = 640 Wh
Siccome le batterie sono a 12V, 640/12 = 53,3 Ah. Quindi ne compriamo una da 60.
Inverter:
Se ci limitiamo all’illuminazione, possiamo pensare di utilizzare lampadine a 12V, quindi non è necessario. In caso contrario, la dimensione è quella del carico istantaneo (Watt) che deve sopportare. Quante lampadine accese contemporaneamente nel caso peggiore? Si sommano le potenze e si ottiene il valore.
Riepilogando:
Pannello solare 40W: 170 ?
Batteria 60Ah: 90 ?
Controllore di carica: 30 ?
Spesa totale: 290 ?
Consideriamo poi il risparmio de 55% dovuto alla detrazione sulla dichiarazione dei redditi
Spesa reale 130 ?
Vediamo il risparmio in bolletta. Considerando il costo medio attuale di 0,25 ? per kWh, il risparmio è di 1,2 x 0,25 x 365 = 109,5 euro annui
In poco più di un anno si ripaga l’investimento
Il pannello solare da 40W ha dimensioni di un poster (62×53) è quindi installabile tranquillamente su un balcone. Per realizzare l’impianto finalizzato alla sola illuminazione si deve intervenire sull’impianto elettrico di casa isolando la zona. Negli impianti di nuova costruzione il sezionamento è quasi sicuramente già fatto, altrimenti si deve intervenire stanza per stanza, un lavoro di circa mezza giornata.
