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Soluzioni per le applicazioni off-grid ad energia solare 1/2

Applicazioni offgrid

Un’applicazione è off-grid per un motivo particolare; ad esempio quando è necessaria la portabilità di un dispositivo (flash per segnalare un pericolo stradale o cartelli luminosi dei lavori in corso), oppure in caso di postazioni remote, tipo una torre per le comunicazioni cellulari o una stazione di pompaggio dell’acqua. Una soluzione per questo tipo di applicazioni, è quella di utilizzare energia solare, in modo da poter essere sempre autosufficienti, anche in condizioni critiche.

I fattori chiavi per le applicazioni off-grid: il carico energetico

Per sviluppare un’applicazione off-grid ad energia solare bisogna prima identificare i punti chiave da trattare: uno di questi è il tipo carico. È necessario sapere se si tratta di un carico costante o variabile, se riguarda solo il giorno, oppure prosegue anche di notte e se è continuo o intermittente. Comprendere il tipo di carico e il suo comportamento provoca un determinato impatto sull’implementazione del sistema.

Ad esempio, nel caso delle luci lampeggianti per i lavori in corso, possiamo parlare di carico costante intermittente, utilizzato solo di notte.

Questo scenario prevede una batteria da caricare durante il giorno e utilizzare di notte. Un cartello di informazioni, invece, funziona di solito 24 ore su 24, giorno e notte, per cui il sistema deve essere calibrato in modo da supportare il carico costante durante il giorno, e al tempo stesso ricaricare la batteria per l’approvvigionamento energetico notturno. Molto simile è il comportamento di una pompa che deve lavorare giorno e notte, in modo costante. Qui, il sistema deve essere calibrato per le peggiori condizioni, oppure essere dotato di un backup.

La chiave è capire il carico medio giornaliero, dati il comportamento, la grandezza e la frequenza dell’operatività. Una volta comprese le condizioni di carico e di funzionamento, specificare i requisiti relativi all’immagazzinamento di energia diventa molto semplice e diretto.

Valutare l’immagazzinamento di energia

Visto che il sole sorge e tramonta ogni giorno, è possibile calcolare la quantità di energia da immagazzinare con un semplice metodo, su un periodo di 24 ore.

Prendendo in considerazione la figura, che identifica le condizioni operative, dovrebbe essere chiaro che l’accumulo di energia deve essere misurato in modo da supportare il lato sinistro della tabella.

Il carico potrebbe essere una quantità conosciuta, come nel caso dei segnali di pericolo lampeggianti, oppure subire delle variazioni, cosa che accade per le applicazioni di pompaggio. Quando si ha a che fare con carichi energetici variabili, bisogna considerare due casi. Il primo, cioè una condizione normale, copre il 95% dell’operatività; l’immagazzinamento di energia deve essere mantenuto costante durante tutto il giorno, facendo attenzione a sviluppare un carico energetico da sfruttare nelle ora di buio. Il secondo caso, ovvero la condizione peggiore, può essere rappresentata da una pompa che inizia a lavorare al crepuscolo e continua a pieno carico durante tutta la notte; in questo scenario diventa cruciale consolidare il carico energetico massimo ad ogni ora, durante il periodo di tempo in cui non avviene la ricarica.

Ma c’è una situazione peggiore, se consideriamo l’impatto che causa il mancato caricamento totale di un pacco batteria, nel momento in cui si presenta lo scenario descritta sopra. In questo caso, la considerazione più importante riguarda il costo del danno (ad esempio le luci non lampeggiano o l’acqua non viene pompata), che potrebbe essere significativo.

Una tecnica di attenuazione è quella dell’aumento di dimensione dell’elemento che immagazzina energia. In ogni caso, esisterà sempre un worst-case peggiore; per esempio quando un guasto non può essere sopportato, avrebbe più senso avere a disposizione un sistema di backup, come un generatore a diesel, per le emergenze e adattare l’immagazzinamento solo a situazioni normali.

Stabilire le dimensioni dei pannelli solari

Una volta acquisita la conoscenza dei requisiti per il carico, è possibile stabilire le dimensioni dei pannelli solari. I pannelli devono essere adattati per reintegrare la capacità dell’elemento che immagazzina energia entro un tempo di ricarica specificato, mentre supportano la produzione del carico medio nello stesso lasso di tempo.

Un approccio semplificato all’equilibrio energetico permette di stimare la grandezza dei componenti per immagazzinare energia e per la raccolta della luce solare. Tuttavia, ci sono dei fattori addizionali, sia interni che esterni, che bisogna capire al fine di mettere a punto nel miglior modo le stime relative alle dimensioni di cui sopra. Per quanto riguarda i fattori esterni, uno dei più critici la posizione, in modo specifico la latitudine, dell’applicazione off-grid.

Questo, da solo, determinerà il quantitativo massimo di esposizione solare che ci si può aspettare, così come la sua variazione durante il corso di un anno. Ad esempio, potremmo prevedere che l’esposizione ai raggi solari possa raggiungere un livello minimo durante i mesi invernali, e raggiungere il punto massimo nella stagione estiva, semplicemente a causa della sua posizione rispetto al sole.

Altri fattori esterni aggiuntivi sono la copertura delle nuvole e la temperatura ambientale; questi due elementi possono anche influenzare in modo negativo il quantitativo di luce solare che un sistema prevede di ricevere. Lo stesso discorso vale per l’efficienza della conversione di energia. È chiaro che questi fattori esterni variano a seconda dell’applicazione e della posizione. Ad influenzare l’adattamento delle dimensioni dei componenti ci sono anche dei fattori addizionali interni, come l’architettura del sistema (in modo specifico, come sono interfacciate le componenti).

Sfortunatamente non è possibile raggiungere il 100% dell’efficienza nella conversione, per cui ci saranno delle immancabili perdite che si devono tenere in conto.

Articolo tratto da Technology First by Farnell

 

 

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