Progettazione di impianto domestico

[LordMicidial]

Ciao a tutti,

dovendo barcamenarmi tra le procedure burocratiche per autorizzare impianti utility scale (sono un Ing. Ambientale) ho deciso di farmi un corso online professionale per imparare un po' di teoria di progettazione elettrica.

Il problema è il seguente:

"Vuoi progettare un Sistema PV collegato alla rete per la tua casa nell'isola di Hokkaido in Giappone, dove l'irradiamento medio giornaliero è di 3,5 kWh/m² al giorno. Supponi che il tuo sistema lavori a 48 V. Vuoi alimentare i seguenti carichi:

- 12 lampade (DC) di 25 W per 5 h
- Lavatrice (AC) di 1000 W per 2 h
- TV (DC) di 100 W per 3 h
- Caldaia (AC) di 1500 W per 0.2 h

A) Determina la quantità totale giornaliera di corrente (espressa in Ah/giorno) che il sistema PV deve fornire. Nel tuo calcolo assumi un'efficienza dell'inverter del 92% e ulteriori perdite del sistema del 15%.

B) Decidi di installare moduli PV con le seguenti specifiche: Pmpp = 420 W, Voc = 38.1 V, Isc = 14.07 A, Vmpp = 31.5 V, Impp = 13.34 A. Quanti stringhe PV devi collegare in parallelo?

C) Quanti moduli PV devono essere collegati in serie in ogni stringa?

D) Quanti moduli PV hai bisogno in totale?"

Con molta calma ho risolto il quesito A) viene 105.39 Ah/giorno - si calcola prima trovando l'energia consumata al giorno in Wh/giorno aggiustando i carichi in AC con le perdite dell'inverter e il carico totale con le perdite di sistema. Il tutto è poi convertito in corrente dividendo per il tensione del sistema.

Faccio ora molta fatica a comprendere come devo ragionare sui successivi. Io ho risposto come di seguito ma il sito mi da errore per tutte quante le risposte.

B) = 4; C) = 1 ; D) = 4

Riporto il ragionamento:

*calcolo il numero dei pannelli con la formule date dal manuale

[(Energia Wh richiesta al giorno)]/(Equivalent Sun Hours)] ---- ottengo un valore di quanta energia mi serve al giorno.

La divido per il picco del modulo (420 W). E ottengo circa 3.44. Servono quindi 4 Moduli almeno.

Dopodichè il ragionamento (sicuramente sbagliato) è stato quello di dire che i moduli sono sicuro in parallelo in quanto se li mettessi in serie avrei Vmpp del sistema=4*31.5 V che supera di molto il 48 V dato iniziale.

Per altro faccio fatica anche a capire cosa centrino le stringhe. Non dovrebbero essere quelle dentro il Modulo da 420 W? Dal momento che già ho i dati del Modulo perché stare a preoccuparsi di nuovo delle stringhe di questo. Non posso dividere il modulo, è un pezzo unico da comprare!!

[ThEnGi]

Una serie di pannelli fotovoltaici è chiamata stringa, una serie di "celle" fotovoltaiche sono chiamati pannello. (inglobate nel telaio, vetro ecc) Perciò la domanda è pertinente

Hai 4 pannelli collegati in 4 stringhe da 1 pannello l'una

In po' atipico come sistema nella realtà ma per la teoria è OK

Per quanto riguada quanti pannelli vanno messi in una stringa bisogna sapere la tensione massima in ingresso al modulo MPPT e confrontarla con la massima tensione d'uscita del pannello

[LordMicidial]

Hai 4 pannelli collegati in 4 stringhe da 1 pannello l'una

Per quanto riguada quanti pannelli vanno messi in una stringa bisogna sapere la tensione massima in ingresso al modulo MPPT e confrontarla con la massima tensione d'uscita del pannello

Grazie, però i 4 moduli me li segna errati e le 4 stringhe pure. Boh.

Rispetto le tensioni che citi, dovrebbero essere la Voc e la Vmppt rispettivamente, di cui al punto B)?

[GioArca67]

A me questi test stanno sempre sulle scatole.

[(Energia Wh richiesta al giorno)]/(Equivalent Sun Hours)] ---- ottengo un valore di quanta energia mi serve al giorno.

Potenza non energia (Wh/h=W).

Supponendo 1000W/m² hai 3,5h di sole mediamente.


Quindi 105,39*48/3,5/420=3,44pannelli -> 4 pannelli

A questo punto abbiamo pochi dati ma possiamo fare qualche supposizione:
Se le stringhe fossero da 1 pannello non riusciresti mai ad alimentare gli utilizzatori da 48V senza un opportuno elevatore di tensione che però non è menzionato.
Forse allora la scelta meno peggio è di mettere 2 pannelli in serie per stringa e fare 2 stringhe in parallelo.
Stiamo a posto per quanto riguarda l'energia necessaria, ma non è detto che il sistema funzioni.

L'osservazione di ThEnGi è corretta e la risposta non è quella data: Isc e Imp sono dati caretteristici del pannello e non dell'inverter.
Però non servono i dati dell'inverter.

Per capire quanti pannelli occorrono in parallelo ci sono poche info: servirebbero dei dati sulla contemporaneità dei carichi.
Supponiamo di poterla evitare allora abbiamo che
Il carico più gravoso è la caldaia da 1500W in AC.
Quindi in ingresso all'inverter servono almeno
1500/0,92/48=33,97 A
Poiché ciascuna stringa può erogare max 13,34 A alla massima potenza occorrono almeno
33,97/13,34=2,55 -> 3 stringhe in parallelo

Ho qualche dubbio però circa il resto dell'efficienza (quella da 0,85: perdite del 15%) di come la considera.
Ma anche dividendo per quella otteniamo 3 stringhe in parallelo.

In definitiva hai 3 stringhe da 2 pannelli ciascuna per totali 6 pannelli da 420W.

È una configurazione inusuale, ma vi sono molti inverter (es STECA PLI-5000) che lavorano con range di tensioni simili a questi dell'esercizio (es ha Vin max < 145V: potresti metterne 3 in serie di quei pannelli)

[LordMicidial]

In definitiva hai 3 stringhe da 2 pannelli ciascuna per totali 6 pannelli da 420W.

Grazie mille per le correzioni e per i ragionamenti. Così è corretto.

Posso chiederti la ratio del tuo ragionamento?

1500/0.92/48 = 33.97 A

Quindi dal carico, considerata l'efficenza e la tensione di esercizio posso calcolare un valore di corrente che è indicativo per i dimensionamenti?

Questo valore di corrente è essenzialmente la corrente che passa nella caldaia durante l'esercizio.

Per intenderci ancora meglio, nell'improbabile contatore Enel della casa in Hokkaido vedrei 1,500 kW come "potenza istantanea" nelle due ore in cui è accesa solo la caldaia e la corrente istantanea, potessi misurarla, sarebbe 33.97 A?

[GioArca67]

1500/0.92/48 = 33.97 A

Quindi dal carico, considerata l'efficienza e la tensione di esercizio posso calcolare un valore di corrente che è indicativo per i dimensionamenti?

Si

Questo valore di corrente è essenzialmente la corrente che passa nella caldaia durante l'esercizio.

Per intenderci ancora meglio, nell'improbabile contatore Enel della casa in Hokkaido vedrei 1,500 kW come "potenza istantanea" nelle due ore in cui è accesa solo la caldaia e la corrente istantanea, potessi misurarla, sarebbe 33.97 A?

No. La fornitura ad Hokkaido è in corrente alternata a tensione 100V e frequenza 50Hz (in altre regioni hanno 60Hz).
Allora se misurassi all'ipotetico contatore di HEPCO Network (Enel forse lì non opera) avresti (supponendo un fattore di potenza pari a 0,95)
1500 W / 100 V / 0,95 = 15,79 A

Qui in Italia (abbiamo 230 V) ed avresti misurato
1500 / 230 / 0,95 = 6,86A
meno della metà -> meno della metà di dispersioni a parità di cavi -> risparmiamo sul rame.

Il conto che avevo fatto in precedenza era lato DC dove il sistema è a 48 V nominali, quindi hai a denominatore invece che 100 V (o 230 V) i 48 V della formula del messaggio precedente.
Inoltre, per confonderti le idee, qui ho messo il fattore di potenza, mentre nell'altra formula c'era l'efficienza dell'inverter, ma son cose diverse.