Schemi e metodi di collegamento dei pannelli solari: come installare correttamente un pannello solare

Una fonte energetica alternativa basata su pannelli solari è un'ottima opzione per organizzare un approvvigionamento energetico indipendente. Garantisce un'elevata efficienza energetica non solo nelle giornate torride, ma anche con tempo nuvoloso. Non sarebbe male avere un dispositivo del genere a casa, non è vero?

Per questo è sufficiente selezionare correttamente i componenti tecnici ed eseguire il montaggio. Chiunque può farlo, conoscendo gli schemi e le modalità di collegamento dei pannelli solari. Vi spiegheremo come realizzare un sistema produttivo che converte “l'energia verde” nell'elettricità necessaria per alimentare le apparecchiature domestiche.

Inoltre, imparerete come scegliere il luogo per l'installazione dei pannelli solari e come integrarli con la rete elettrica fissa. Consigli utili e raccomandazioni importanti forniranno un aiuto efficace agli artigiani domestici. Per semplificare la comprensione, sono fornite fotografie tematiche, schemi e video.

Struttura di un pannello solare

Pianificando di effettuare il collegamento dei pannelli solari da soli, è necessario avere un'idea di quali elementi compongono il sistema.

I pannelli solari sono composti da un kit di batterie a celle fotovoltaiche, la cui funzione principale è convertire l'energia solare in elettrica. La corrente del sistema dipende dall'intensità della luce: più luminosa è l'irradiazione, maggiore è la corrente generata.

I principali elementi strutturali del sistema sono:

• Pannello solare – converte la luce solare in energia elettrica.
• Accumulatore – fonte chimica di corrente che accumula l'energia elettrica generata.
• Regolatore di carica – monitora la tensione degli accumulatori.
• Inverter, che converte la tensione elettrica continua della batteria di accumulatori in corrente alternata a 220 V, necessaria per il funzionamento del sistema di illuminazione e degli elettrodomestici.
• Fusibili, installati tra tutti gli elementi del sistema e che proteggono il sistema dai cortocircuiti.
• Kit di connettori standard MC4.

Oltre allo scopo principale del regolatore – monitorare la tensione degli accumulatori, il dispositivo disattiva alcuni elementi secondo necessità. Se la lettura ai morsetti dell'accumulatore durante il giorno raggiunge il valore di 14 Volt, indicando un sovraccarico, il regolatore interrompe la carica.

Oltre al modulo solare, l'impianto di tale centrale elettrica comprende convertitori fotovoltaici – il regolatore e l'inverter, nonché gli accumulatori ad essi collegati.

Durante la notte, quando la lettura della tensione degli accumulatori raggiunge il valore minimo di 11 Volt, il regolatore arresta il funzionamento della centrale elettrica.

Dove è meglio installare i pannelli?

La prima cosa da fare prima di installare e collegare un pannello solare è decidere la posizione dell'unità.

Per l'installazione dei moduli fotovoltaici è comodo utilizzare strutture fisse realizzate con profili metallici, oppure versioni orientabili più modernizzate.

I pannelli solari possono essere posizionati in quasi qualsiasi punto ben illuminato:

• sul tetto di un cottage suburbano;
• sul balcone di un condominio;
• sull'area adiacente alla casa.

L'importante è garantire le condizioni necessarie per ottenere la massima produzione di energia elettrica. Una di queste è l'orientamento e l'angolo di inclinazione rispetto all'orizzonte. La superficie di assorbimento della luce dell'unità deve essere rivolta verso sud.

Idealmente, i raggi solari dovrebbero cadere su di essa con un angolo di 90°. Per ottenere questo effetto, è necessario scegliere l'angolo di inclinazione ottimale in base alle condizioni climatiche della regione. Per ogni regione questo parametro è diverso.

Per garantire la massima produttività dei pannelli solari, si consiglia di modificare l'angolo di inclinazione dei dispositivi 2-4 volte all'anno: 18 aprile, 24 agosto, 7 ottobre e 5 marzo.

Ad esempio, nella regione di Mosca, l'angolo di inclinazione della superficie dei pannelli solari per i mesi estivi è di 15-20°, mentre nei mesi invernali cambia fino a 60-70°.

Quando si posizionano i pannelli solari nell'area adiacente alla casa, è meglio sollevare i pannelli dal suolo di almeno mezzo metro – in caso di abbondanti nevicate. Questa soluzione è corretta anche perché garantisce una distanza sufficiente per la circolazione dell'aria.

Bisogna ricordare che anche una piccola ombra influisce negativamente sulla produzione di elettricità dell'unità. I pannelli vanno posizionati solo in luoghi che non siano soggetti nemmeno alla minima ombreggiatura.

Alcuni "abili" artigiani, per proteggere i pannelli, installano un vetro aggiuntivo sopra di essi, ma anche con apparente trasparenza, lo strato di vetro può ridurre l'efficienza dei pannelli del 30%.

Esistono diversi modi per fissare i pannelli:

• mediante l'uso di fissaggi a pressione;
• mediante collegamento bullonato attraverso fori passanti situati nella parte inferiore del telaio.

La struttura di supporto deve essere realizzata con materiali resistenti alla corrosione. Indipendentemente dal metodo di montaggio, non è possibile apportare modifiche alla struttura dei pannelli né praticare fori aggiuntivi.

Il compito del proprietario della casa è mantenere i pannelli puliti. L'accumulo di polvere, neve e escrementi di uccelli sullo schermo riduce di almeno il 10% la quantità di elettricità prodotta dal sistema.

Opzioni di collegamento dei pannelli solari

I pannelli solari sono composti da più moduli distinti. Per aumentare i parametri di uscita del sistema in termini di potenza, tensione e corrente, gli elementi vengono collegati tra loro applicando le leggi della fisica.

Il collegamento di più moduli tra loro può essere realizzato utilizzando uno dei tre schemi di montaggio dei pannelli solari:

• parallelo;
• seriale;
• misto.

Lo schema parallelo prevede il collegamento dei morsetti con lo stesso nome tra loro, in cui gli elementi hanno due nodi comuni di confluenza dei conduttori e diramazione.

Nello schema parallelo, i «positivi» vengono collegati con i «positivi», e i «negativi» con i «negativi», di conseguenza la corrente di uscita aumenta, mentre la tensione in uscita rimane entro i 12 Volt.

Il valore massimo della corrente in uscita con uno schema in parallelo è direttamente proporzionale al numero di elementi collegati. I principi per calcolare il numero sono forniti nell'articolo che consigliamo.

Lo schema seriale prevede il collegamento dei poli opposti: il «positivo» del primo pannello al «negativo» del secondo. Il «positivo» rimasto libero del secondo pannello e il «negativo» della prima batteria vengono collegati al controller posto più avanti nello schema.

Questo tipo di collegamento crea le condizioni per il passaggio della corrente elettrica, in cui rimane un unico percorso per il trasferimento del vettore energetico dalla sorgente al consumatore.

Con lo schema di collegamento seriale, la tensione in uscita aumenta e raggiunge i 24 Volt, il che è spesso sufficiente per alimentare dispositivi portatili, lampade a LED e alcuni apparecchi elettrici.

Lo schema serie-parallelo o misto viene spesso utilizzato quando è necessario collegare più gruppi di batterie. Tramite l'utilizzo di questo schema, in uscita è possibile aumentare sia la tensione che la corrente.

Con lo schema di collegamento serie-parallelo, la tensione in uscita raggiunge un livello le cui caratteristiche sono le più adatte per risolvere la maggior parte dei problemi domestici.

Questa opzione è vantaggiosa anche in quanto, in caso di guasto di uno degli elementi costruttivi del sistema, gli altri circuiti collegati continuano a funzionare. Ciò aumenta notevolmente l'affidabilità dell'intero sistema.

Il principio di assemblaggio dello schema combinato si basa sul fatto che i dispositivi all'interno di ciascun gruppo sono collegati in parallelo. Il collegamento di tutti i gruppi in un unico circuito avviene invece in serie.

Combinando diversi tipi di connessioni, non sarà difficile assemblare una batteria con i parametri necessari. La cosa principale è che il numero di elementi collegati deve essere tale che la tensione di lavoro applicata alle batterie, tenendo conto della caduta nel circuito di carica, superi la tensione delle stesse batterie, e che la corrente di carico della batteria garantisca il necessario valore della corrente di carica.

Schema di montaggio del sistema elettrico solare

Il collegamento dei pannelli solari avviene utilizzando i cavi di collegamento integrati con sezione di 4 mm². I cavi unipolari in rame con guaina isolante resistente ai raggi UV sono i più indicati per questo scopo.

Nel caso si utilizzi un cavo la cui isolamento non è resistente ai raggi UV, si consiglia di effettuarne la posa esterna in un tubo corrugato.

L'estremità di ciascun cavo è collegata al connettore standard MC4 mediante saldatura o crimpatura, garantendo così un collegamento ermetico.

Indipendentemente dallo schema scelto, prima del collegamento dei pannelli solari è obbligatorio verificare la correttezza dell'impianto elettrico.

Durante il collegamento dei pannelli, si sconsiglia di superare i requisiti tecnici di corrente ammissibile e tensione massima degli altri dispositivi. È importante attenersi ai requisiti tecnici indicati dal produttore per il regolatore di carica e l'inverter.

Lo schema di montaggio standard del più semplice impianto solare è il seguente.

Lo schema di collegamento dei pannelli alla batteria, all'inverter e al regolatore è di semplice realizzazione e pertanto non presenta particolari difficoltà.

Per evitare il danneggiamento del controller, durante il collegamento degli elementi del sistema è importante rispettare la sequenza.

I lavori di installazione vengono eseguiti in più fasi:

1. La batteria viene collegata al regolatore utilizzando gli appositi connettori, senza dimenticare di rispettare la polarità.
2. Al regolatore, tramite i connettori e rispettando la stessa polarità, si collega il pannello solare.
3. Ai connettori del regolatore si collega un carico a 12 V.
4. Se è necessario convertire la tensione elettrica da 12 a 220 V, nel circuito si include un inverter. Questo va collegato solo alla batteria e mai direttamente al controllore.
5. All'uscita libera dell'inverter si collegano gli apparecchi elettrici progettati per una tensione di 220 V.

Dopo aver effettuato il collegamento, è necessario verificare la polarità e misurare la tensione a vuoto dei pannelli. Se il valore differisce da quello nominale, il collegamento è stato eseguito in modo errato.

Per collegare il dispositivo al sistema non è necessario aprire la scatola di derivazione: tutti i connettori sono accessibili.

Nella fase finale, il pannello solare deve essere messo a terra. Per ridurre al minimo il rischio di cortocircuito, vengono installati fusibili nei punti di connessione tra batteria, inverter e controllore.

L'energia degli impianti solari troverà impiego nell'alimentazione di elettrodomestici a basso consumo e nella ricarica delle batterie dei dispositivi mobili:

A coloro che desiderano costruire una batteria solare da soli, li aiuteranno le informazioni fornite nell'articolo seguente.

Collegamento di elementi con orientamento diverso

Utilizzando uno schema di montaggio in serie dei pannelli solari, per non ridurre l'efficienza, tutti i pannelli del circuito comune devono essere posizionati con lo stesso angolo e sullo stesso piano.

Se invece i pannelli sono posizionati su piani diversi, ciò può portare a far funzionare il pannello più vicino o più illuminato in modo più potente rispetto a quelli posizionati più lontano.

Ciò significa che il pannello più vicino genererà elettricità, una parte della quale andrà a riscaldare i pannelli più lontani. Il motivo è che la corrente scorre lungo il percorso di minor resistenza. Per ridurre al minimo le perdite, per ogni pannello è meglio utilizzare un controllore separato.

I requisiti principali per l'utilizzo del controllore sono: potenza dei pannelli collegati superiore a 1 kW e distanza tra le batterie sufficientemente grande.

Si può risolvere il problema anche installando diodi di blocco. Vengono posizionati all'interno tra le piastre. In questo modo, fornendo la massima potenza, le piastre non si surriscaldano.

Anche la caduta di tensione nei collegamenti e nei cavi stessi della parte a bassa tensione del sistema ha un'importanza notevole.

Tabella della discrepanza tra la potenza trasmessa e la sezione del cavo, con indicazione in rosso dei parametri che comportano il rischio di un forte riscaldamento pericoloso per incendi.

A titolo di esempio, si consideri il fatto che su un tratto di cavo di un metro con sezione di 4 mm², al passaggio di una corrente di 80 A (tensione 12 V), i valori diminuiscono del 3,19%, corrispondenti a 30,6 W. Utilizzando delle giunzioni, la caduta di tensione può variare da 0,1 a 0,3 V.

Integrazione dell'energia solare con la rete fissa

Progettando di utilizzare l'elettricità solare in parallelo con una rete fissa centralizzata esistente, lo schema di collegamento viene realizzato in modo leggermente diverso. La ragione principale di questa scelta è che il consumatore privato non ha la possibilità di 'scaricare' l'energia in eccesso.

E questo può provocare sbalzi di tensione della durata fino a un secondo.

Nell'integrazione dell'energia solare con la rete fissa centralizzata, si segue la stessa regola: più sorgenti vengono collegate, più complesso diventa lo schema.

Secondo lo schema sopra riportato, la tensione dal campo solare viene prima diretta verso la batteria, e da lì poi trasmessa al carico.

Progettando questa opzione di installazione, è necessario considerare due tipi di carico:

• non riservato – illuminazione domestica, elettrodomestici, ecc.;
• riservato – illuminazione di emergenza, frigorifero, caldaia elettrica.

Tenete presente: maggiore è la capacità della batteria, più a lungo funzioneranno in modalità autonoma gli apparecchi elettrici riservati.

Scegliendo questo metodo di generazione di energia in rete, siate pronti al fatto che dovrete ottenere un'autorizzazione dalle reti elettriche locali.

Nonostante il fatto che gli inverter per pannelli solari producano una tensione la cui qualità è talvolta superiore a quella della rete centralizzata, le reti energetiche locali non danno il permesso affinché il contatore elettrico giri in direzione opposta.

Per questo motivo, secondo lo schema, gli inverter solari interrompono il funzionamento nel momento in cui la tensione di rete scompare. E il carico riservato inizia ad essere alimentato dalla batteria.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Gli autori del video fornito di seguito condividono la loro esperienza personale e analizzano i dettagli dell'installazione dei pannelli solari.

Video #1. Esempio di assemblaggio e installazione di un sistema di tipo industriale:

Video #2. Come installare correttamente i pannelli:

Non c'è nulla di difficile nel processo di collegamento di più pannelli con altri elementi del sistema. Ma per un principiante il processo può diventare complicato. Pertanto, in assenza di esperienza nei calcoli e competenze di installazione, è consigliabile rivolgersi a un professionista che possieda le conoscenze necessarie.

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