Fonte: cleanenergyreview
Che cos'è l'accoppiamento AC o DC
L'accoppiamento AC o DC si riferisce al modo in cui i pannelli solari sono accoppiati o collegati a un sistema di accumulo di energia o batteria.
Il tipo di collegamento elettrico tra un array solare e una batteria può essere corrente alternata (AC) o corrente diretta (DC). L'AC è quando la corrente scorre rapidamente avanti e indietro (questo è ciò che la rete elettrica usa per operare) e DC è dove la corrente scorre in una direzione. La maggior parte dei circuiti elettronici utilizza DC, mentre i pannelli solari producono DC, e le batterie immagazzinano energia DC. Tuttavia, la maggior parte degli apparecchi elettrici opera novizia. Questo è il motivo per cui tutte le case e le aziende hanno circuiti AC. DC può essere convertito in AC utilizzando un inverter ma, come spiegato di seguito, tuttavia, l'energia viene sempre persa nella conversione.
L'evoluzione della batteria solare
I sistemi di batterie solari accoppiati semplicemente DC sono stati utilizzati solo per sistemi di alimentazione remota e case off-grid, ma nell'ultimo decennio la tecnologia degli inverter è avanzata rapidamente e ha portato allo sviluppo di nuove configurazioni di accumulo di energia accoppiate AC. Tuttavia, i sistemi accoppiati DC sono tutt'altro che morti, infatti la ricarica di un sistema di batterie utilizzando un controller di carica solare o un inverter solare ibrido è ancora il metodo più efficiente disponibile.
Negli ultimi anni la tecnologia delle batterie è migliorata in modo significativo con molti nuovi tipi di batterie al litio emergenti mentre i produttori esplorano diversi modi per aggiungere o accoppiare batterie a sistemi solari nuovi o esistenti. L'originale Tesla Powerwall è stato il primo sistema di batterie DC "ad alta tensione". Da allora le batterie ad alta tensione (200-500V) sono diventate sempre più popolari e vengono utilizzate con inverter ibridi specializzati. Più recentemente, le batterie AC sono state sviluppate da molti importanti produttori solari tra cui Tesla, Sonnen e Enphase.
Con le molte complesse varietà di sistemi di stoccaggio delle batterie ora disponibili, qui spieghiamo i vantaggi e gli svantaggi di ogni tipo.
I 4 principali tipi di batterie solari
Sistemi accoppiati DC
Sistemi accoppiati AC
Sistemi a batteria AC
Sistemi di inverter ibridi
Nota: Solo i sistemi accoppiati DC o AC vengono generalmente utilizzati per gli impianti solari fuori rete. Spiegheremo i motivi per cui di seguito, così come un confronto tra AC e DC accoppiato solare per sistemi di alimentazione off-grid.
Importante: Questa è solo una guida! Per informazioni meno tecniche, consultare la guida di base per la selezione del sistema di batterie solari a griglia domestica o off-grid. I sistemi solari e di stoccaggio delle batterie devono essere installati da un professionista elettrico/solare autorizzato. I sistemi di stoccaggio solare/energia generano e immagazzinano enormi quantità di energia che possono causare danni o lesioni gravi se l'installazione non soddisfa tutte le normative pertinenti, gli standard e le linee guida del settore.
1. Sistemi accoppiati DC
I sistemi accoppiati DC sono stati utilizzati per decenni in impianti solari off-grid e sistemi di energia automobilistica/nautica di piccole dimensioni. I sistemi accoppiati DC più comuni utilizzano i controller di carica solare (noti anche come regolatori solari) per caricare una batteria direttamente dal solare, oltre a un inverter della batteria per fornire energia Ca agli elettrodomestici.
Diagramma di layout di base di un sistema di batterie solari accoppiato (off-grid) DC
Per i microsistemi, come quelli utilizzati in roulotte/barche o capanne, i semplici controller solari di tipo PWM sono un modo molto economico per collegare 1 o 2 pannelli solari per caricare una batteria da 12 volt. I controller PWM (modulazione della larghezza dell'impulso) sono disponibili in molte dimensioni diverse e costano appena 25 dollari per una piccola versione 10A.
Per i sistemi più grandi, i controller di carica solare MPPT sono fino al 30% più efficienti e disponibili in una gamma di dimensioni fino a 100A. A differenza dei semplici controller PWM, i sistemi MPPT possono funzionare con tensioni di stringa molto più elevate, in genere fino a 150 Volt DC. Tuttavia questo è ancora relativamente basso rispetto agli inverter a corda solare a griglia che operano 300-600V.
Controller di carica solare MPPT a tensione più elevata
Sono disponibili controller solari più potenti e ad alta tensione; fino a 250V da Victron Energy e 300V da AERL in Australia. Ci sono anche unità 600V più alte disponibili da Schneider Electric e Morningstar. Questi sono molto più costosi e non hanno più ingressi MPPT come molti inverter a corda solare utilizzati nei sistemi accoppiati AC. Tuttavia, il controller di carica MPPT è ancora un modo relativamente economico e molto sicuro per garantire che le batterie vengano caricate anche in caso di arresto dell'inverter AC - questo è particolarmente importante nelle località remote.
Vantaggi
Efficienza molto elevata - fino al 99% di efficienza di ricarica della batteria (utilizzando MPPT)
Ottima configurazione a basso costo per sistemi off-grid su scala ridotta fino a 5 kW
Ideale per piccoli sistemi auto o marini che richiedono solo 1 - 2 pannelli solari.
Modulare - Ulteriori pannelli e controller possono essere facilmente aggiunti se necessario.
Molto efficiente per l'alimentazione di elettrodomestici e carichi DC.
Se un fornitore di servizi elettrici limita o limita la capacità di rete solare elettrica consentita (cioè 5kW max), potrebbe essere aggiunto un'ulteriore energia solare mediante l'accoppiamento di un sistema di batterie da parte del DC.
Svantaggi
Più complessi da configurare sistemi superiori a 5kW come spesso più stringhe sono necessarie in parallelo, oltre alla fussione delle stringhe.
Può diventare costoso per i sistemi sopra 5kW come più controller di carica solare a tensione superiore sono necessari.
Leggermente inferiore efficienza se l'alimentazione di grandi carichi di ac durante il giorno a causa della conversione da DC (PV) a DC(batt) ad AC.
Molti controller solari non sono compatibili con sistemi di batterie al litio "gestiti" come LG Chem RESU o BYD B-Box.
2. Sistemi accoppiati AC
I sistemi accoppiati AC utilizzano un inverter solare a corda accoppiato con un inverter avanzato multi-mode o inverter/charger per gestire la batteria e la rete /generatore. Anche se relativamente semplici da configurare e molto potenti, sono leggermente meno efficienti (90-94%) carica di una batteria rispetto ai sistemi accoppiati DC (98%). Tuttavia, questi sistemi sono molto efficienti nell'alimentare carichi AC elevati durante il giorno e alcuni possono essere espansi con più inverter solari per formare micro-griglie.
Diagramma di layout di base di un sistema di batterie solari accoppiato AC - Configurazione Grid-tie (ibrida)
La maggior parte delle moderne case off-grid utilizzano sistemi accoppiati AC grazie agli inverter/caricabatterie multimodalità avanzati, ai controlli dei generatori e alle funzioni di gestione dell'energia. Anche perché gli inverter solari a corda operano con alte tensioni DC (600V o superiore), i pannelli solari più grandi possono essere facilmente installati. L'accoppiamento AC è adatto anche a sistemi commerciali di medie e grandi dimensioni in 3 fasi.
Vantaggi
Maggiore efficienza quando utilizzato per alimentare gli apparecchi AC durante il giorno come aria condizionata, pompe a piscina e sistemi di acqua calda, (fino al 96%).
Generalmente più basso costo di installazione per i sistemi più grandi di cui sopra i 5kW.
Può utilizzare più inverter solari a corda in più posizioni (micro-griglie accoppiate AC)
La maggior parte degli inverter solari a corda superiore a 3kW hanno ingressi doppio MPPT, quindi stringhe di pannelli possono essere installate con diversi orientamenti e angoli di inclinazione.
I sistemi avanzati accoppiati AC possono utilizzare una combinazione di accoppiamento AC e DC (Nota: questo non è possibile con alcune batterie al litio)
Svantaggi
Minore efficienza durante la ricarica di un sistema di batteria - circa il 92%
Gli inverter solari di qualità possono essere costosi per i sistemi di piccole dimensioni.
Minore efficienza durante l'alimentazione dei carichi DC diretti durante il giorno.
3. Batterie AC
Le batterie AC sono una nuova evoluzione nella conservazione delle batterie per le case connesse alla rete che consentono alle batterie di essere facilmente accoppiate a livello di aria del sole con l'installazione solare nuova o esistente. Le batterie AC sono costituite da celle a batteria al litio, un sistema di gestione della batteria (BMS) e inverter/caricabatterie in un'unica unità compatta.
Questi sistemi combinano una batteria DC con un Inverter a batteria AC, ma sono progettati solo per i sistemi collegati alla rete, in quanto gli inverter (senza trasformatori) in genere non sono abbastanza potenti per eseguire la maggior parte delle case completamente off-grid. La batteria CA più conosciuta è la Tesla Powerwall 2, insieme al SonnenBatterie che è più comune in Europa e in Australia. Azienda leader inmicro inverter Enphase Energy anche produttore di un sistema di batteria AC molto compatto per l'uso domestico. Questi sistemi sono generalmente semplici da installare, modulari e una delle scelte più economiche per immagazzinare l'energia solare per un uso successivo.
Diagramma di layout di base di una batteria CA accoppiato con un sistema solare AC - Grid-tie (nessun backup mostrato)
Inverter a batteria accoppiati AC
Una tendenza più recente è quella di utilizzare un inverter di accoppiamento AC 'retrofit' per creare un sistema di batteria AC. Questi sistemi utilizzano un inverter a batteria accoppiato AC specializzato come il deposito di ragazzi soleggiati SMA insieme a una batteria DC comune come il popolare LG chem RESU.
Vantaggi
Facile retrofit - può essere aggiunto alle case con un impianto solare esistente
Modo economico per aggiungere stoccaggio di energia.
Generalmente semplice da installare.
Sistema modulare per consentire l'espansione.
Svantaggi
Efficienza inferiore grazie alla conversione (DC - AC - DC) - circa il 90%
Alcune batterie CA non possono funzionare come alimentazione di backup (Enphase)
Non progettato per installazioni off-grid.
4. Sistemi di inverter ibridi
I sistemi ibridi possono essere descritti come sistemi di batterie solari accoppiati DC collegati alla rete. Sono disponibili in molte configurazioni diverse e in genere utilizzano un inverter ibrido o multi-mode. I moderni inverter ibridi incorporano controller/i MPPT ad alta tensione e inverter/caricabatterie della batteria all'interno di un'unità comune. Gli inverter ibridi di prima generazione erano compatibili con sistemi a base di 48V acidi di piombo o batterie al litio, tuttavia negli ultimi anni i sistemi ibridi ad alta tensione (400V) sono diventati sempre più popolari.
Alta tensione o bassa tensione? Le batterie ad alta tensione di nuova generazione funzionano nell'intervallo 300-500V DC (400V nominale) rispetto ai tradizionali sistemi di batterie 48V. Questo offre diversi vantaggi, tra cui una maggiore efficienza come l'array solare in genere funziona a 300-600V che è molto simile alla tensione della batteria.
Le batterie di nuova generazione a tensione superiore (400V) e gli inverter ibridi compatibili utilizzano sistemi di batterie al litio che operano tra 200-500V DC, invece di 48V. Le batterie ad alta tensione possono essere configurate in due modi diversi:
DC accoppiato tra l'array solare e inverter.
DC accoppiato direttamente ad un inverter ibrido compatibile (come mostrato di seguito).
Poiché la maggior parte degli array solari opera ad alte tensioni intorno al 300-600V, le batterie ad alta tensione utilizzano efficienti convertitori DC-DC con perdite molto basse. La prima generazione Di Tesla Powerwall è stata la prima batteria 400V disponibile ed è stata accoppiata al popolare inverter ibrido SolarEdge Storedge.
La nuova gamma di batterie LG chem RESUH è ora uno dei sistemi di batterie LV 400V più popolari disponibili essendo compatibile con molti inverter ibridi tra cui SolarEdge Storedge, SMA sunny boy storage e Solax X-hybrid Gen 3.
Diagramma di layout di base di un inverter solare ibrido con sistema di batterie DC
Vantaggi
Economico e semplice da installare
Opzioni di batteria compatte e modulari
Piccole dimensioni del cavo e basse perdite con alta tensione (400V sistemi a batteria)
Può essere adattato ad "alcune" installazioni solari esistenti.
Carica della batteria ad alta efficienza - circa il 95%
Sempre più inverter ibridi disponibili
Svantaggi
Alcuni sistemi non possono funzionare come alimentazione di backup
Molti sistemi con back-up hanno un ritardo di 3-5 secondi durante un blackout
Generalmente non adatto per installazioni off-grid a causa di inverter ibridi senza trasformatore con bassa potenza di valutazione e nessun controllo del generatore.
