Rapporto pannello solare-accumulatore: dimensioni fotovoltaiche e batterie corrette

Cosa significa effettivamente il rapporto tra pannello solare e accumulatore

Nella maggior parte dei piccoli sistemi off-grid e di backup, il “rapporto pannello solare/accumulatore” si riferisce alla relazione tra: (1) Potenza del generatore fotovoltaico (watt) e (2) capacità del banco batterie , tipicamente in Ah alla tensione di sistema (12 V/24 V/48 V). Il rapporto è importante perché definisce la velocità di ricarica realistica e la frequenza con cui l'accumulatore raggiunge la carica completa.

Due modi per esprimere il rapporto (usare quello che è più chiaro)

• W per Ah ad una determinata tensione di sistema (comune per camper e piccole cabine a 12 V/24 V).
• Tasso di addebito (tasso C) : corrente di carica divisa per Ah della batteria (più “elettrotecnico corretto”).

Ponte rapido tra loro (approssimativo): la corrente di carica FV in una batteria da 12 V è di circa watt FV ÷ 14 V (tensione di carica). Esempio: 280 W di fotovoltaico in una banca da 12 V è di circa 20A (280 ÷ 14 ≈ 20). Su un 200 Ah accumulatore, cioè a 0,10°C tasso di carica (20 ÷ 200 = 0,10).

Rapporti consigliati in base alla chimica della batteria e al caso d'uso

Il “giusto” rapporto tra pannello solare e accumulatore consiste principalmente nell’evitare due modalità di guasto: troppo poco fotovoltaico (sottocarico cronico) e troppo fotovoltaico (costi inutili o limiti del controllore). La chimica cambia la sensibilità alla carica insufficiente e la velocità con cui l'accumulatore può accettare energia.

Note che impediscono decisioni errate sul dimensionamento: Gli accumulatori al piombo preferiscono fortemente raggiungere la carica completa (compreso il tempo di assorbimento). Se il fotovoltaico è sottodimensionato, spesso vive in uno stato di carica parziale, accelerando la solfatazione e la perdita di capacità. LiFePO4 è generalmente più tollerante nei confronti della carica parziale, ma potresti comunque volere un rapporto più elevato per recuperare rapidamente dopo un uso intenso.

Un metodo passo-passo che fa sì che il rapporto “cada” correttamente

Un rapporto da solo può essere fuorviante se non lo si collega al consumo energetico quotidiano e alla luce solare. Utilizzare questo flusso di lavoro per dimensionare logicamente la capacità del fotovoltaico e dell'accumulatore, quindi verificare che il rapporto rientri in un intervallo adeguato.

Passaggio 1: stima dell'energia giornaliera (Wh/giorno)

Somma i carichi: watt × ore al giorno. Esempio: la media di un frigorifero da 60 W per un'autonomia equivalente a 10 ore è di 600 Wh/giorno. Se si dispone di un inverter, includere in seguito un fattore realistico di efficienza del sistema (il tipico valore complessivo può essere 0,70–0,85 a seconda del cablaggio, del controller, dell'inverter e della temperatura).

Passo 2: Dimensionare l'accumulatore per l'autonomia (kWh)

Scegliere l'autonomia (giorni) e la profondità di scarica consentita (DoD). Energia utilizzabile della batteria (Wh) ≈ Wh giornalieri × giorni di autonomia. Energia nominale totale della batteria (Wh) ≈ Wh utilizzabili ÷ DoD. DoD di pianificazione tipico: Piombo acido 0,50 , LiFePO4 0,80 (conservativo, migliora la longevità).

Passaggio 3: dimensione PV dalle ore solari (e perdite)

Watt FV ≈ Wh giornalieri ÷ (ore di punta del sole × efficienza del sistema). Esempio: se l'uso quotidiano è 1.000 Wh, le ore di punta del sole sono 4 e l'efficienza è 0,75, PV ≈ 1.000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333 W . Arrotondare per eccesso alla dimensione pratica successiva dell'array (ad esempio, 400 W).

Passaggio 4: convertire il rapporto tra pannello solare e accumulatore e controllarne l'integrità

Batteria Ah ≈ batteria nominale Wh ÷ tensione di sistema. Quindi rapporto = Watt FV ÷ Ah batteria. Se il rapporto è inferiore all'intervallo consigliato per la tua chimica, aumenta il PV (o riduci le dimensioni dell'accumulatore) finché il sistema non riesce a raggiungere la carica completa in modo affidabile.

Tabella di dimensionamento pratica: dimensioni comuni degli accumulatori in watt FV

La tabella seguente trasforma le indicazioni sul rapporto in numeri pronti all'uso. Scegli la riga che corrisponde alla tua banca e alla tua chimica. Per i banchi da 24 V, la stessa valutazione in Ah rappresenta il doppio dell'energia rispetto a 12 V, quindi il fabbisogno fotovoltaico è in genere più elevato per ottenere tempi di ricarica simili.

Se la luce solare è incoerente (inverno, ombra, nebbia costiera), inclinare verso l'alto all'interno dell'intervallo. Se il tuo accumulatore è al piombo e interrompi regolarmente la ricarica in anticipo, spostalo nuovamente verso l'alto; il PV extra ti aiuta effettivamente a completare l'assorbimento quando le condizioni lo consentono.

Esempi realizzati con numeri reali

Gli esempi seguenti mostrano come il rapporto tra pannello solare e accumulatore cambia in base agli obiettivi (autonomia rispetto alla velocità di ricarica) e alla chimica.

Esempio A: cabina da 1.000 Wh/giorno, autonomia 2 giorni, piombo-acido

1. Energia quotidiana: 1.000Wh/giorno .
2. Energia utilizzabile per 2 giorni: 1.000×2= 2.000Wh .
3. Energia nominale accumulatore (50% DoD): 2.000 ÷ 0,50 = 4.000Wh .
4. A 12V batteria Ah ≈ 4.000 ÷ 12 ≈ 333 Ah (arrotondato a 300–400 Ah).
5. PV per 4 ore di picco solare, efficienza 0,75: 1.000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333 W (arrotondato a 400–600 W per la salute del piombo-acido).

Verifica rapporto (utilizzando banco da 400 Ah e 600 W PV): 600 ÷ 400 = 1,5 W/Ah . Questo è il limite inferiore delle indicazioni sul ciclo giornaliero per il piombo-acido; funzionerà meglio con un buon sole e un'attenta gestione del carico. Se le giornate nuvolose sono comuni, fai un passo avanti 800–1.000 W migliora materialmente il recupero.

Esempio B: camper con LiFePO4 da 12 V 200 Ah, che desidera un recupero rapido

1. Banco di batterie: 12 V 200 Ah (energia nominale ≈ 2.400Wh).
2. Utilizzabile all'80% DoD ≈ 1.920 Wh .
3. Scegli PV a 3,5 W/Ah per un recupero rapido: 200 × 3,5 = 700 W .

Con ~700 W e 4 ore di picco solare con efficienza 0,75, il raccolto energetico giornaliero può essere di circa 700 × 4 × 0,75 ≈ 2.100Wh/giorno . Questo è sufficiente per sostituire una giornata di utilizzo intenso e comunque per completare, che è esattamente ciò che significa in pratica "recupero rapido".

Vincoli comuni che possono sovrascrivere il rapporto

Anche se il rapporto tra pannello solare e accumulatore è “perfetto”, i limiti hardware possono costringerti a regolare le dimensioni del fotovoltaico, la tensione del sistema o la selezione del controller di carica.

Limite di corrente del controller di carica (il collo di bottiglia più comune)

La corrente di uscita del controller deve gestire la corrente di carica di picco. Approssimativamente: corrente di carica massima ≈ Watt FV ÷ tensione di carica della batteria. Esempio: 1.000 W in una batteria da 12 V può implicare ~1.000 ÷ 14 ≈ 71A . Se disponi di un controller da 60 A, avrai bisogno di un controller più grande, di più controller o di una tensione di sistema più elevata.

La dimensione dell'inverter non imposta la dimensione del FV, ma imposta lo stress dell'accumulatore

Un inverter di grandi dimensioni può assorbire correnti elevate da un piccolo accumulatore, causando un abbassamento di tensione e una capacità utilizzabile ridotta. Se i carichi di picco sono elevati (microonde, bollitore, utensili), potrebbe essere necessaria una maggiore capacità della batteria, una tensione di sistema più elevata (24 V/48 V) o entrambi. Quindi l'array fotovoltaico dovrebbe essere rivisitato in modo che il rapporto rimanga sano per la ricarica.

Meteo e ore di sole stagionali (il rapporto deve sopravvivere al mese peggiore)

Un rapporto che funziona in estate può fallire in inverno se le ore di punta del sole diminuiscono in modo significativo. Se hai bisogno di affidabilità tutto l’anno, dimensiona il fotovoltaico dalla stagione con il sole più basso e tratta gli intervalli del rapporto come minimi, non come medie.

Segni che il tuo rapporto è sbagliato e come correggerlo

La migliore verifica sono i dati operativi: andamento dello stato di carica, tempo necessario per raggiungere il pieno e quanto spesso l'accumulatore raggiunge l'assorbimento/mantenimento (o il comportamento di carica completa equivalente al litio).

Troppo poco fotovoltaico per l'accumulatore

• Il piombo acido raramente raggiunge la carica completa; la tensione si aggira al di sotto degli obiettivi di assorbimento.
• Si nota una deriva verso il basso di più giorni nello stato di carica anche con un sole “normale”.
• Il generatore (o l'energia da terra) diventa una stampella frequente.

Correzione: aumentare i watt FV, ridurre i carichi giornalieri o ridurre le dimensioni dell'accumulatore per riportare il rapporto entro i limiti. Per gli acidi di piombo, dare priorità al raggiungimento regolare della carica completa; questo spesso significa allontanarsi da ~1,0 W/Ah verso 2,0–3,0 W/Ah (base 12V).

Troppo fotovoltaico per il controller o il cablaggio (o il budget)

• Il regolatore di carica blocca l'uscita alla corrente nominale per lunghi periodi.
• Non è possibile gestire in sicurezza la corrente con le dimensioni dei cavi e i fusibili esistenti.

Correzione: passare a una tensione di sistema più elevata (24 V/48 V), utilizzare un controller più grande o dividere l'array su più controller. "Troppo fotovoltaico" è solitamente un problema di dimensionamento dell'hardware piuttosto che un problema elettrico dell'accumulatore stesso.