Come scegliere l’impianto FV adatto alle proprie necessità

Come è possibile migliorare l’investimento e i benefici di un impianto fotovoltaico domestico? Una valutazione che, guardando agli incentivi dati per l’energia prodotta, basava il dimensionamento in funzione della superficie a disposizione (focus sul m2) o sulla massima potenza disponibile al contatore.

Più di recente il riferimento nasce dal consumo annuo elettrico della abitazione.
Dalla nostra esperienza possiamo verificare come per il corretto dimensionamento di un impianto fotovoltaico, occorre anche determinare la quota di energia consumata durante le ore in cui si produce energia.

Allo scopo necessita un’attenta analisi dei consumi della abitazione al fine di stimare l’autoconsumo della energia prodotta dall’impianto FV (indipendentemente dall’applicazione del regime di scambio sul posto e/o dalla remunerazione della energia ceduta alla rete, che sono in questo contesto un aspetto di secondo livello).

La quota di energia di utilizzo diretto/autoconsumata è quella prodotta dall’impianto FV e
consumata direttamente e istantaneamente dall’abitazione.

Essa si può valutare confrontando i prelievi dalla Rete elettrica in orario “diurno” con le previsioni di produzione dell’impianto FV (a livello di progettazione ad esempio ricavate da Pvgis).

Come effettuare una valutazione per un dimensionamento preliminare ottimizzato in una abitazione civile

Per una abitazione civile, è possibile un dimensionamento preliminare semplificato dell’impianto FV che definisce una stima della potenza di picco da installare per ottimizzare l’autoconsumo.

Tre anni fa abbiamo effettuato una prima analisi delle autoproduzioni e dei consumi sulla base di un monitoraggio pluriennale 

IL CASO TIPO: Si tratta di un’abitazione in villa a schiera del Nord Italia di media taglia (160 mq) con consumi elettrici stabili di circa 3200-3300 kWh/anno, tipici per un nucleo famigliare di 3 persone. Uso continuativo, tranne periodi nei mesi di luglio e agosto per ferie, assenza impianto di condizionamento.

Dalle analisi effettuate oggi effettuiamo una proposta di procedimento di dimensionamento ottimizzato.

Il procedimento di dimensionamento usuale di un impianto FV è basato sui consumi annui della abitazione e comporta che solo 1/3 della produzione dell’impianto FV sia autoconsumato, ovviamente la quota % aumenta in presenza di impianto di condizionamento estivo.

La quota di energia autoprodotta e non autoconsumata, quindi la quota prevalente, viene restituita in rete (a un prezzo molto più basso di quello che si paga per la energia prelevata, escluso lo scambio sul posto che in parte attenua questa differenza), stesso comportamento ma più in grande degli impianti FV delle scuole che scaricano in rete gran parte della energia autoprodotta.

Di fatto tutti gli impianti FV delle abitazioni costituiscono una piccola centrale elettrica virtuale che mette a disposizione dei fornitori e dei distributori una potenza che consente, ad esempio, di fare manutenzione a loro impianti senza attivare un back up.

Concludendo, nel caso specifico per il solo autoconsumo è sufficiente, al nord Italia, una potenza di picco di 1,2-1,3 kW picco. Nel centro sud la potenza diminuirebbe ancora, ma spesso la presenza di condizionatori porta a 1,5 kW picco la potenza necessaria.

Procedimento: vediamo come calcolare il dimensionamento ideale per una villetta di consumi tipo

Si premette che i consumi elettrici sono rilevati dal distributore per il fornitore sulle 3 fasce orarie di consumo usuali.

Dati di consumo mensili e totali annui

Profilo dei consumi della abitazione (anno 2011): mediamente, come usuale, l’incidenza % nelle varie fasce orarie risultava prevalente in F2 (37%) e F3 (36%), con F1=27%.

Dati di consumo diurno

In prima approssimazione si considera come “periodo diurno” ossia convenzionale di luce
naturale (e quindi di potenziale irraggiamento solare) il periodo ore 9-18 di ogni giorno (in realtà in base a latitudine e stagione il periodo varia durante l’anno, ma a livello medio annuo si tratta di una approssimazione accettabile). Le ore comprese in tale periodo, riferite anche alle fasce orarie di cui sopra, sono:

• base settimanale F1 9*5=55; F2=9; F3=9
• base annua (anno 2019)

Le ore di luce e quindi di irraggiamento solare convenzionali sono al massimo 3285 ogni anno, il 37,5% delle totali. Periodi nuvolosi le riducono del 20-25 % a seconda della stagione. Nelle altre ore il contributo solare non è disponibile.

Ne consegue che dimensionare impianto FV su base consumi annui totali, quindi sulle 8760
ore/anno, fa considerare i consumi che si hanno in ore di assenza di luce naturale/irraggiamento solare (periodo prevalente, 62,5% dell’anno), nel quale però necessariamente la abitazione viene alimentata da rete.

I consumi elettrici della abitazione del caso reale, ripartiti per fascia oraria, totali e “diurni” si possono così stimare:

Dimensionamento fotovoltaico e produzione attesa

Supposta una resa annua (dichiarata da fornitore) media di 1250 kWh/anno*kWp (Anno 2012. Fornitore Sun power modello E18 318W, posizionato nord Italia su falda tetto a sud, inclinato di circa 30°), il predimensionamento porterebbe a una potenza di picco da installare pari a:

– riferimento consumi totali 3271 kWh/anno/1250 kWh/anno*kWp= 2,6 kWp
– riferimento consumi ore diurne 1162 kWh/anno/1250 kWh/anno= 0,93 kWp, tenendo
conto del periodo nuvoloso, ecc. 1,2 kWp

Come si vede il dimensionamento è in rapporto 1 a 2 a seconda che si voglia massimizzare autoconsumo o meno, per cui se si vuole solo coprire autoconsumo si rischia di raddoppiare la potenza installata.

Verifica procedimento su applicazione reale

Nella abitazione di riferimento alla fine del 2011 è stato installato (anche per la disponibilità di incentivi sulla produzione totale) un impianto FV da 2,5 kW picco, per il quale si è provveduto mensilmente alla lettura, per fascia oraria, dei relativi contatori elettrici dedicati, deducendone la produzione mensile anche al variare della stagione e delle condizioni climatiche. Come illustrato nel dettaglio nell’articolo precedente.

Mediamente la produzione annua dell’impianto FV è risultata la seguente:

A livello di efficienza un valore in linea con progetto, anzi un po’ superiore (1320 kWh/kWp).La autoproduzione/uso diretto è limitata (dati anno 2018), ma prossima ai valori calcolati teoricamente (1162 kWh/anno, ridotti di un 20-25 % per tenere conto effetto del minore irraggiamento per giornate nuvolose, ecc.):

La installazione di un impianto FV con potenza di 1,2-1,3 kWp sarebbe stata sufficiente per compensare i consumi diurni/autoconsumo della abitazione

La quota di consumi che viene assorbita della produzione del FV, ossia l’”Uso diretto”, risulta così ripartita su base annua rispetto alla autoproduzione nelle stesse ore: