Come viene dimensionato l’impianto
Tutto parte dall’energia giornaliera: i watt di ogni carico per le ore di funzionamento. I carichi sull’inverter pesano un po’ di più per le sue perdite, e il suo consumo a vuoto si somma su 24 ore. La batteria deve coprire quell’energia per i giorni senza sole che scegli, usando solo la parte di capacità che può erogare senza danni. I pannelli devono rimettere la stessa energia in una giornata media del mese peggiore, al netto delle perdite.
E_giorno = Σ (W × h) + carichi AC ÷ rendimento inverter + consumo a vuoto × 24 h batteria = E_giorno × giorni di autonomia ÷ profondità utilizzabile (Wh, poi ÷ V per gli Ah) pannelli = E_giorno ÷ rendimento di carica ÷ (ore di sole × (1 − perdite) × fattore regolatore) × (1 + margine) MPPT = watt dei pannelli ÷ tensione della batteria (A)
Le ore di sole equivalenti: il dato che conta di più
Le ore di sole equivalenti sono l’energia solare giornaliera sul pannello espressa in ore di pieno sole a 1000 W/m². 3 ore equivalenti significano che il pannello raccoglie quanto in 3 ore alla sua irradianza nominale, distribuite su tutta la giornata. Il valore cambia molto con la stagione e la latitudine: d’inverno nell’Europa centrale e settentrionale può scendere sotto le 2 ore, mentre d’estate arriva spesso a 5 o 6.
Dimensiona sul mese peggiore che l’impianto deve coprire. Per una baita usata d’estate può essere settembre; per una stazione di sensori che deve funzionare tutto l’anno, dicembre. PVGIS, della Commissione europea, e PVWatts, del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti, coprono quasi tutto il mondo e danno i valori mensili per la tua località e l’inclinazione del pannello.
LiFePO4 o piombo
Una batteria LiFePO4 può erogare l’80 % o più della capacità nominale per migliaia di cicli, mentre le batterie al piombo durano molto di più se scendono di rado sotto il 50 %. Per questo un banco al piombo deve avere una capacità nominale circa 1,6 volte quella di un banco LiFePO4 per la stessa energia utilizzabile. Il piombo ha ancora due vantaggi: costa meno all’acquisto e si può caricare sotto zero, cosa che le LiFePO4 non possono fare.
MPPT o PWM
Un regolatore PWM collega il pannello direttamente alla batteria, quindi un pannello a 36 celle lavora a circa 13 V invece dei 18 V del suo punto di massima potenza e può perdere fino a circa un quarto della produzione. Un regolatore MPPT converte la tensione più alta del pannello in quella della batteria e ne conserva quasi tutta. Il PWM va ancora bene per un singolo pannello piccolo; oltre i 200 W circa, o con pannelli da 60 e 72 celle, l’MPPT si ripaga.
Consumi tipici dei carichi più comuni
| Carico | Potenza | Ore al giorno | Energia al giorno | Alimentazione |
|---|---|---|---|---|
| Router 4G | 6 W | 24 h | 144 Wh | DC |
| Telecamera IP | 4 W | 24 h | 96 Wh | DC |
| Luce LED | 5 W | 4 h | 20 Wh | DC |
| Raspberry Pi 4 | 3,5 W | 24 h | 84 Wh | DC |
| Scheda ESP32, WiFi sempre acceso | 0,5 W | 24 h | 12 Wh | DC |
| Gateway LoRaWAN | 4 W | 24 h | 96 Wh | DC |
| Frigo a compressore 12 V (media) | 15 W | 24 h | 360 Wh | DC |
| Pompa dell’acqua 12 V | 60 W | 0,5 h | 30 Wh | DC |
| Ricarica del telefono | 10 W | 2 h | 20 Wh | DC |
| Alimentatore del portatile | 45 W | 3 h | 135 Wh | AC (inverter) |
| Router WiFi con alimentatore da rete | 8 W | 24 h | 192 Wh | AC (inverter) |
| TV | 40 W | 3 h | 120 Wh | AC (inverter) |
Valori tipici. Leggi l’etichetta dei tuoi apparecchi o misurali con un misuratore di potenza in continua, perché i consumi variano molto da un modello all’altro.
Domande frequenti
Quanti pannelli solari servono per i miei carichi?
Somma i wattora giornalieri dei carichi e dividi per le ore di sole equivalenti del mese peggiore che vuoi coprire, poi considera circa il 20 % di perdite e un po’ di margine. Per esempio, 260 Wh al giorno con 3 ore di sole richiedono circa 150 W di pannelli con un regolatore MPPT, cioè in pratica due pannelli da 100 W.
Quanto deve essere grande la batteria di un impianto off-grid?
Moltiplica il consumo giornaliero per i giorni di autonomia che vuoi, poi dividi per la profondità di scarica utilizzabile. 260 Wh al giorno per 2 giorni con una LiFePO4 all’80 % utilizzabile richiedono 650 Wh, circa 54 Ah a 12 V. Lo stesso impianto con una batteria al piombo al 50 % richiede circa 87 Ah.
Meglio un regolatore di carica MPPT o PWM?
MPPT per quasi tutti gli impianti: può raccogliere fino a circa un quarto di energia in più dagli stessi pannelli, e funziona anche con pannelli a tensione più alta, purché restino entro il limite di ingresso del regolatore. Il PWM ha senso solo per un singolo pannello piccolo a 36 celle su una batteria a 12 V, dove il prezzo più basso compensa l’energia persa.
Cosa sono le ore di sole equivalenti?
Sono l’energia solare giornaliera sul pannello, in kWh per metro quadro, espressa come ore di pieno sole a 1000 W/m². Dipendono da località, stagione e inclinazione del pannello, e sono il dato più importante per dimensionare i pannelli.
Perché l’inverter consuma così tanta energia?
Un inverter assorbe potenza finché è acceso, anche senza nulla collegato. Uno piccolo da 8 W consuma 192 Wh al giorno, che possono superare i carichi che alimenta. Alimenta in continua i carichi piccoli con adattatori a 12 V e spegni l’inverter quando non serve.
Posso usare una batteria a 24 V invece che a 12 V?
Sì, e oltre 1 kW circa di pannelli o di inverter è la scelta migliore: la corrente si dimezza, quindi cavi, fusibili e regolatore possono essere più piccoli. L’energia in wattora resta la stessa, quindi una batteria a 24 V richiede metà degli ampereora di una a 12 V.