Come essere energeticamente indipendenti in caso di blackout

28 Settembre 2003. 3.30 del mattino, cade un albero su un traliccio dell'alta tensione in Svizzera. E' blackout in Italia. Tutti al buio: stop alla fornitura di energia elettrica, delle telecomunicazioni. Pochi degli oggetti che utilizziamo ogni giorno erano in grado di funzionare; chi era sveglio in quel momento della notte è dovuto ricorrere alle candele oppure alle torce.

Una notte e un giorno pieni di disagi, di ritardi e disservizi per tutti. Una sensazione di debolezza e di impotenza per molti. Da quel giorno sono trascorsi più di dieci anni e tante cose sono cambiate, nuove opportunità si sono aperte. Oggi, infatti, è possibile scegliere di essere energeticamente indipendenti  non solo per necessità, come nel caso di un blackout, ma sempre. Per poter essere energeticamente autonomi, ovvero non dipendenti in alcun modo dalla rete elettrica, servono almeno due cose:  essere in grado di produrre per conto proprio l'energia e al tempo stesso accumularla in batterie per poi utilizzarla quando serve. Questa descrizione può far apparire tutto molto complesso, oneroso e lungo. In realtà non è affatto difficile e neppure eccessivamente costoso.

Non occorre guardare lontano per avere la soluzione. La natura ci offre tutti gli strumenti che servono, basta conoscere le loro potenzialità e saperle sfruttare al meglio. Faccio riferimento al sole e al vento.

Mentre la presenza del sole è pressochè universale e quindi tutti possono sfruttare il suo calore, per il vento è più difficile, bisogno abitare in zone con determinate caratteristiche geo-morfologiche.

Parliamo quindi del sole e di come poter utilizzare il suo calore per produrre l'energia che ci garantisce la completa autonomia dalla rete elettrica. Faccio riferimento agli impianti fotovoltaici a batteria per uso domestico.

Prima di affrontare l'argomento nei suoi dettagli, è bene eliminare da subito un errore, una credenza abbastanza comune che porta la maggioranza di noi a considerare pannelli solari e pannelli fotovoltaici la stessa cosa, semplicemente perchè i primi sono più diffusi e conosciuti dei secondi. In realtà svolgono funzioni differenti.I pannelli solari, sono collettori termici: trasformano cioè l'energia solare in energia termica scaldando i fluidi come ad esempio l'acqua. Invece i pannelli fotovoltaici, trasformano l'energia solare direttamente in energia elettrica utilizzando l'effetto fotovoltaico del silicio (elemento di cui sono costituiti) che è un semiconduttore e quindi scaldandosi con il calore del sole facilita la conversione dell'energia.

Chiarito questo punto, passiamo a capire quali sono gli strumenti necessari per essere in grado di produrre energia elettrica e quindi divenire completamente autonomi e  indipendenti dalla rete elettrica.

Per prima cosa, serve installare uno o più pannelli fotovoltaici. Questa operazione risulterà più semplice e veloce se abitate in una casa unifamiliare, più complesso se abitate in condominio oppure in un centro storico!

Ad ogni modo, in tutti  i casi dovete scegliere il numero di pannelli da installare. La decisione dipende sia dallo spazio disponibile, sia dalla potenza che si intende generare.

Oggi con i pannelli di ultima generazione ad uso domestico, l'aspetto dello spazio disponibile per l'impianto non rappresenta più un problema, i moduli più recenti sono infatti più piccoli, più efficienti ed affidabili. Questo significa che a parità di potenza è possibile installare i moduli su superfici sempre più piccole. Inoltre, grazie alle recenti innovazioni tecnologiche sempre più green, la maggior parte dei componenti di un pannello può essere riciclata e recuperata per altri utilizzi.

Una volta installati i pannelli, l'impianto fotovoltaico deve essere collegato ad un sistema di accumulo a batteria che permette di immagazzinare l'energia e i surplus prodotti e di utilizzarla gratuitamente in un momento successivo, ad esempio la notte, periodo in cui l'impianto non produce energia. E' quindi molto importante sfruttare al massimo l'energia che può essere prodotta da un singolo impianto fotovoltaico domestico durante il giorno, in quanto questo permette al proprietario del sistema fotovoltaico di diventare un produttore di energia elettrica, di rimanere completamente autonomo dal gestore elettrico e di ridurre l'impatto ambientale, limitando le immissioni in rete e risolvendo anche le congestioni della stessa rete elettrica.

I vantaggi che si hanno con l'installazione di un impianto di questo tipo sono molti, anche di tipo economico. Non dimentichiamo, infatti, che in Italia la realizzazione di un impianto fotovoltaico semplice è deducibile al 50% anche nel 2014, fino al 31 Dicembre. In più non dobbiamo dimenticare che negli ultimi anni il costo di realizzazione di un impianto è sceso del 70% e sono migliorate le tecnologie.

Ad ogni modo, indipendentemente dalla presenza o meno di incentivi, è davvero conveniente produrre l'energia di cui c'è bisogno da soli. Prima di tutto si risparmia sulla bolletta, si è protetti  dagli aumenti delle tariffe. Tutti vantaggi, che in un periodo difficile come quello attuale, non vanno sicuramente trascurati. E' bene però essere preparati e informarsi sui prodotti presenti sul mercato prima di acquistare un impianto, è il modo migliore per avere un rendimento maggiore di quanto investito nel giro di qualche anno.

Fatte queste dovute riflessioni, risulta importante conoscere come è composto e quale è il processo di funzionamento di un pannello fotovoltaico.

Tutti sappiamo che i pannelli sono in grado di produrre energia sia con un'esposizione diretta al sole sia con luminosità indiretta,ovvero quando il sole non è perpendicolare o quando in cielo vediamo qualche nuvola. In entrambi i casi per sfruttare al massimo l'irraggiamento solare, i pannelli saranno posizionati con un'inclinazione che permette all'impianto di essere efficiente, ovvero di catturare quanta più energia solare è possibile. Il silicio infatti, che è un semiconduttore ed  è la componente principale dei pannelli, è in grado di produrre energia se esposto al sole. Questa tipologia di pannelli, con tutte le innovazioni apportate negli ultimi anni, rimane attualmente la più competitiva, in termini di prestazioni, durata e prezzo.

Detto questo tutti abbiamo ora un'idea, generale, di come funziona un pannello fotovoltaico, difficilmente però conosciamo i dettagli sulla composizione e sul funzionamento del sistema di accumulo a batteria.

Questo, nella sua forma più semplice, è composto da tre elementi: un regolatore di carica, che come indica il nome controlla e mantiene ad un livello ottimale l'energia prodotta dai pannelli fotovoltaici; una o più batterie che immagazzinano l'energia ed un inverter che genera la tensione corretta per alimentare le apparecchiature domestiche.

Analizziamo le caratteriste di ogni singolo componente per avere più chiaro non solo il funzionamento e il meccanismo dell'accumulo, ma anche per capire quale è la scelta migliore per le proprie esigenze, anche perchè il mercato offre un'ampia gamma di prodotti e se non siamo preparati l'errore nell'acquisto è sicuramente in agguato.

Per tutti e tre gli elementi che compongono il sistema di accumulo a batteria, la scelta di un modello piuttosto che di un altro è legata ad alcune regole generali. Vediamo quali sono queste regole e perchè sono così importanti.

 Il primo elemento che prendiamo in analisi è il regolatore di carica, la cui scelta segue generalmente due criteri:                                                          

-  deve essere in grado di supportare un passaggio di corrente leggermente superiore a quella prodotta dai pannelli, circa un 10 - 25% in più;

- deve riconoscere in automatico un voltaggio di 12 e 24V, caratteristica ormai di default per i regolatori moderni.

(Un modello di regolatore di carica)

I regolatori di carica solare sono di due tipi: MPPT e PWM. I primi, più attuali, sono anche più vantaggiosi in termini di risultato rispetto ai regolatori tradizionali PWM, perchè la ricarica della batteria è maggiore e avviene più velocemente.

C'è una semplice formula matematica che spiega il loro funzionamento, ma lasciamola ai tecnici. Quello che è importante sapere è che il regolatore di carica MPPT, acronimo di  Maximum Power Point Tracking, è in grado di raggiungere costantemente il punto di massima potenza che il pannello fotovoltaico ha la possibilità di erogare in un preciso momento, a seconda dell'irraggiamento solare. Ciò significa che è in grado di utilizzare tutta l'energia prodotta per caricare la batteria, sfruttando l'energia generata dal pannello, e in più trasformando in energia anche la tensione generata dal pannello stesso, quindi la batteria avrà una maggiore quantità di energia ricaricata e più velocemente, rispetto ad un regolatore tradizionale PWM. Data questa particolarità, i regolatori di carica MPPT sono più costosi degli altri, però proprio questa loro funzione aggiuntiva permette un risparmio sulla tipologia di pannello da installare. E' sufficiente un esempio: con questo regolatore si può tranquillamente utilizzare un pannello da 180W che costa meno di 2 pannelli da 110W, ma la corrente di carica alla batteria rimane la stessa.

Il secondo elemento sono le batterie.

I tecnici e gli addetti ai lavori, le considerano l'elemento critico e il più delicato di tutto il sistema, perchè è l'unico che esige manutenzione, in quanto hanno un funzionamento continuo che non viene mai meno, neppure in caso di blackout della rete elettrica.

Le caratteristiche principali che le batterie devono presentare sono cinque:

-  costante disponibilità ad assorbire ed erogare energia solare in grandi e piccole quantità 
- erogazione di corrente sufficientemente grande 
- lunga durata di vita nel funzionamento ciclico  
- esercizio con poca manutenzione 
- costi contenuti

Alcuni consigliano le batterie al piombo, altri al litio. Entrambe hanno vantaggi e svantaggi, generalmente nei kit di installazione dell'impianto è già indicata o suggerita la tipologia di batteria da utilizzare. Se ben tenuta una batteria può durare circa 8- 10 anni. La manutenzione consiste in un controllo periodico dell'elettrolita. Importante è l'applicazione di alcuni accorgimenti: isolare le batterie per ridurre al minimo l'escursione termica e i collegamenti tra diverse batterie devono essere fatti tra elementi assolutamente identici. Consigliamo di scegliere le dimensioni della batteria in base ad un dato tecnico riportato dalla formula seguente: la capacità della batteria dovrebbe essere pari ad almeno cinque volte la potenza nominale dell'inverter divisa per la tensione nominale della batteria.

Cbatt ≥ 5 h * Pnom / Unom

Pnom è la potenza nominale dell'inverter in watt e Unom è la tensione nominale della batteria.

L'inverter, ultimo componente del sistema di accumulo a batteria, è uno strumento molto importante, si può definire l'elemento chiave dell'impianto fotovoltaico (incide per circa il 10-20% dell'investimento), perchè consente di trasformare la corrente continua prodotta dal pannello fotovoltaico  in comune corrente alternata a 220V, pronta per essere utilizzata per il funzionamento delle attrezzature domestiche o per essere immessa nella rete elettrica.

Ma non è tutto. Questa tecnologia, infatti, controlla e monitora l'intero impianto, perchè da un lato fa in modo che l'impianto fotovoltaico funzioni sempre al massimo delle sue possibilità ed è quindi in grado di segnalare la presenza di eventuali anomalie interne, protegge da cortocircuiti o sovratensioni di rete e dall'altro monitora la rete pubblica garantendo il rispetto dei diversi criteri di sicurezza.

Sul mercato è possibile trovarne molti modelli, suddivisibili in due grandi gruppi in base al tipo di applicazione. Ci sono gli  inverter per impianti connessi alla rete elettrica e quelli per impianti isolati, ovvero quando le utenze non consumano molta energia.

Per questo elemento c'è un'importante novità da non trascurare: la diffusione di moduli dotati di mini-inverter. Gli impianti tradizionali infatti hanno un unico inverter. Il problema che presentano è che anche l'ombra di una nuvola di passaggio, oscurando anche solo in parte un singolo modulo, fa calare drasticamente la produttività dell'intero impianto. Con i mini-inverter invece si elimina questo problema, si riducono i costi di installazione perchè i pannelli sono più semplici da montare, sono assemblati come fossero tanti piccoli mattoncini e si riesce ad ottenere il massimo da ogni pannello fotovoltaico. Ogni pannello è così autonomo nel suo funzionamento.