Per i progetti off-grid la prima domanda è quasi sempre la stessa: di quanta energia ha bisogno la mia centrale solare mobile?
Non esiste una risposta valida per tutti. La potenza nominale richiesta deve essere calcolata, non semplicemente selezionata. Un presupposto errato può portare a costose rielaborazioni: un sistema sottodimensionato potrebbe non riuscire a supportare il carico, mentre un sistema sovradimensionato vincola capitale in capacità che potrebbe non essere mai utilizzata.
Questa guida analizza il metodo di dimensionamento, fornisce una tabella di riferimento rapido per gli scenari operativi comuni e spiega perché i moduli fotovoltaici, gli inverter e l'accumulo di energia devono essere calcolati separatamente.
Inizia calcolando tre valori chiave
Consumo energetico giornaliero (kWh/giorno)
Questo è il punto di partenza per tutti i calcoli sulle taglie. Ciò che conta è l'elettricità effettiva consumata nell'arco di 24 ore, non la somma dei valori nominali delle apparecchiature o il numero di dispositivi moltiplicati per la loro potenza nominale.
Esistono tre modi per stimare i consumi in cantiere:
- Controlla le letture storiche dei contatori. Questo è generalmente il metodo più accurato per i progetti con una connessione alla rete esistente o un generatore diesel.
- Calcola da un elenco di apparecchiature. Stima il consumo energetico di ciascun dispositivo moltiplicando la sua potenza nominale per le sue ore di funzionamento giornaliere.
- Utilizzare progetti comparabili come riferimento.
Il terzo metodo è comunemente utilizzato per i campi di nuova costruzione o i siti minerari. Le stime tipiche del settore sono: campo di costruzione da 30 persone: 60-120 kWh/giorno; Campo di costruzione da 100 persone: 250-400 kWh/giorno.
Potenza di picco e fattore di domanda
La potenza di picco determina la capacità dell’inverter richiesta, mentre il consumo energetico giornaliero determina la capacità fotovoltaica richiesta. Si tratta di due parametri diversi.
Le apparecchiature in loco normalmente non funzionano a pieno carico contemporaneamente. Un fattore di domanda compreso tra 0,6 e 0,8 viene comunemente utilizzato nelle stime ingegneristiche. Assumere un fattore di domanda pari a 1,0 può comportare un inverter sovradimensionato, lasciando la capacità in eccesso inutilizzata per tutto il ciclo di vita del progetto.
Una considerazione importante riguarda le attrezzature con motori ad alta potenza, come pompe dell'acqua, frantoi e attrezzature di sollevamento. La loro corrente di avviamento deve essere calcolata separatamente. La corrente di avviamento istantanea di un motore a induzione che utilizza l'avviamento diretto può raggiungere 5–7 volte la sua corrente nominale. Se questo problema non viene risolto, anche un inverter di dimensioni adeguate potrebbe far scattare la sua protezione.
Consumo energetico notturno come percentuale dell'uso quotidiano
Questa cifra determina la configurazione di accumulo dell'energia. Per i campi che sono in gran parte non occupati durante il giorno ma consumano una quantità significativa di elettricità durante la notte, il consumo notturno può spesso superare il 50% dell’uso quotidiano. Per le stazioni di pompaggio che funzionano principalmente durante le ore diurne, la quota notturna può essere inferiore al 20%.
Quanto più bassa è la quota notturna, tanto più spazio di archiviazione funge da funzione supplementare. Più alta è la quota, più critico diventa lo stoccaggio dell’energia per l’intero sistema.
Riferimento rapido all'alimentazione per scenari operativi comuni
La tabella seguente riassume gli intervalli tipici per sei scenari operativi comuni. Queste cifre si basano sull'esperienza del settore; i requisiti effettivi del progetto devono essere verificati rispetto alla lista di carico.
| Scenario operativo | Consumo energetico giornaliero (kWh) | Potenza di picco (kW) | Consumo notturno | Capacità FV consigliata | Stoccaggio energetico consigliato |
| Campo di costruzione di 30 persone | 60–120 | 15–25 | 50%–60% | Serie da 20kW | 40 kWh |
| Campo di costruzione di 100 persone | 250–400 | 50-70 | 50%–60% | Serie da 56–75 kW | 121 kWh |
| Due pompe di drenaggio da 22 kW (una in funzione, una in standby) | 200-300 | 40-50 | Sotto il 20% | Serie da 56kW | Facoltativo, come richiesto |
| Luci di cantiere 12 × 400 W (10 ore notturne) | 50 | 5 | 100% | Serie da 20kW | 40 kWh |
| Stazione base per telecomunicazioni (funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7) | 60–90 | 3–5 | 100% | Serie da 20kW | 40 kWh |
| Saldatrici, attrezzature da taglio e piccoli utensili elettrici | 80-150 | 20–40 | Circa il 30% | Serie da 56kW | Facoltativo, come richiesto |
Per utilizzare questa tabella, identificare innanzitutto lo scenario operativo e verificare quale intervallo corrisponde al consumo energetico giornaliero. Se la potenza di picco e il consumo energetico giornaliero indicano dimensioni del sistema diverse, utilizzare la potenza nominale più elevata come punto di partenza, quindi verificare se la capacità FV è sufficiente.
Perché moduli fotovoltaici, inverter e accumulatori di energia devono essere dimensionati separatamente
Rapporto CC/CA: la capacità FV è generalmente superiore alla potenza nominale dell'inverter
La potenza del modulo fotovoltaico è valutata in condizioni di test standard: una temperatura del modulo di 25°C, un irraggiamento di 1.000 W/m² e un coefficiente della massa d'aria di AM1,5. Quando la temperatura del backsheet del modulo raggiunge i 65°C in loco, i moduli in silicio cristallino con un coefficiente di temperatura di -0,3%/°C potrebbero subire una riduzione della potenza di circa il 12%–14%.
Se la capacità FV e la potenza nominale dell’inverter corrispondono ad un rapporto 1:1, il sistema potrebbe non raggiungere la potenza nominale dell’inverter durante le ore più calde della giornata, lasciando una parte della capacità dell’inverter sottoutilizzata.
Una pratica comune nel settore è quella di dimensionare la capacità fotovoltaica installata a 1,1–1,3 volte la potenza nominale dell’inverter. Questo rapporto è noto come rapporto CC/CA. Non è una valutazione gonfiata; aiuta a sfruttare meglio l’irradianza solare disponibile.
Come calcolare la capacità di accumulo dell'energia
La capacità di accumulo dell'energia dipende dal consumo di elettricità notturna e dalla profondità di scarica consentita (DoD).
| Consumo notturno come quota dell'uso quotidiano | Stoccaggio richiesto per 100 kWh/giorno di consumo | Descrizione |
| 20% | ca. 22–25 kWh | Copre solo l'illuminazione serale e le comunicazioni, presupponendo una profondità di scarica del 90%. |
| 40% | ca. 45–50 kWh | Copre i carichi ausiliari di produzione durante la sera |
| 60% | ca. 67–75 kWh | Per scenari operativi 24 ore su 24, con capacità aggiuntiva riservata alle giornate nuvolose o piovose |
| 100% (stazione base per telecomunicazioni) | ca. 110–120 kWh | Richiede considerazione della progettazione per 2-3 giorni nuvolosi o piovosi consecutivi |
Il calcolo può essere espresso come:
Capacità di accumulo di energia = Consumo energetico giornaliero × Quota di consumo notturno ÷ Profondità di scarica × Fattore di riserva per tempo nuvoloso (1,0–1,3)
Il fattore di ridondanza può essere verificato rispetto ai dati meteorologici locali utilizzando il modulo del sistema off-grid JRC PVGIS.
Per le batterie al litio ferro fosfato (LFP), il valore tipico di progettazione della profondità di scarica è del 90%. Non calcolare presupponendo un DoD del 100%, poiché ciò potrebbe compromettere la durata del ciclo.
Durata del ciclo e programma di sostituzione
Le batterie al litio ferro fosfato possono raggiungere 5.000–8.000 cicli con una profondità di scarica dell'80%.. Supponendo un ciclo di carica-scarica al giorno, ciò corrisponde a circa 13–21 anni. Questa è inferiore alla durata nominale di 25 anni comunemente specificata per i moduli fotovoltaici. Lo stoccaggio dell’energia potrebbe quindi richiedere la sostituzione durante il ciclo di vita del sistema e non dovrebbe essere trascurato nei calcoli degli investimenti.
Abbina il tuo progetto a una delle sei serie di prodotti
Le centrali solari mobili di ZM-Besta sono disponibili in sei serie di potenza, che coprono da 20 kW a 200 kW, con 24 modelli in totale. Le specifiche principali sono elencate di seguito.
| Serie | Capacità fotovoltaica installata | Tipo di modulo fotovoltaico | Potenza per modulo | Impronta distribuita | Peso del prodotto (escluso accumulo di energia) | Stoccaggio energetico standard |
| 20 chilowatt | 15-20kW | TOPCon tipo N | 690–720 W | 33–39 m × 4 m | 3,8–4,3 t | 40 kWh |
| 56kW | 40–56 kW | TOPCon tipo N | 440–460 W | 63–85 m × 6 m | 12,5–15 t | 121 kWh |
| 75 chilowatt | 56–77 kW | TOPCon tipo N | 440–460 W | 63–85 m × 6 m | 12-15 t | Facoltativo, come richiesto |
| 150 chilowatt | 109–152 kW | TOPCon tipo N | 510–530 W | 70–96 m × 12 m | 33-36 t | 261 kWh |
| 175 chilowatt | 133–175 kW | TOPCon tipo N | 510–530 W | 70–96 m × 12 m | 31–34,5 t | Facoltativo, come richiesto |
| 200 chilowatt | 148–204 kW | TOPCon tipo N | 580–600 W | 85–110 m × 12 m | 31–34 t | Facoltativo, come richiesto |
Specifiche comuni a tutta la gamma di prodotti:
- Angolo di installazione: 25°
- Angolo incluso telaio: 130°
- Rivestimento zincato a caldo sul telaio: ≥55 μm
- Rivestimento in zinco-alluminio-magnesio sulle guide: ≥275 g/m²
- Tempo di distribuzione: ≤30 minuti
- Resistenza al vento dopo l'implementazione: Grado 9
- Resistenza alla nebbia salina: ≤C5
- Temperatura di funzionamento: da -20°C a +50°C
- Grado di protezione in configurazione retratta: IP55
- Uscita inverter ibrido: 380 V/400 V, trifase, quattro fili
- Frequenza: 50/60 Hz
Quattro errori di dimensionamento comuni da evitare
Semplicemente sommando i valori nominali delle targhette delle apparecchiature
Sommando la potenza nominale di ogni elemento nell'elenco delle apparecchiature si ottiene in genere una stima superiore del 30%–50%. Le apparecchiature non funzionano tutte contemporaneamente e la differenza può tradursi direttamente in costi di sistema inutili.
Ignorare le perdite di uscita legate alla temperatura
Nelle aree minerarie desertiche con temperature ambiente di 45°C, la temperatura del backsheet dei moduli fotovoltaici può superare i 70°C, riducendo la produzione di quasi il 15%. Il dimensionamento di un sistema in base alla classificazione standard a 25°C può comportare una resa effettiva inferiore al previsto.
Dimensionamento dell'accumulo di energia per il carico di punta
Lo stoccaggio dell’energia rappresenta una parte sostanziale del costo totale del sistema. Dimensionare lo storage in base alla potenza di picco significa pagare la capacità di storage di un’intera giornata per coprire un picco che può durare solo due ore. L’approccio corretto è quello di dimensionare l’accumulo in base al consumo energetico notturno.
Considerazione dei requisiti di trasporto e sollevamento
Le attrezzature con una superficie di 110 m × 12 m e un peso di 34 t richiedono controlli preventivi delle strade di accesso al sito, del raggio di sterzata e della capacità di sollevamento della gru. Le strade temporanee nei siti minerari sono spesso progettate per veicoli leggeri. Se si trascurano i requisiti di accesso e scarico dei veicoli pesanti, l'attrezzatura potrebbe arrivare sul posto ma essere impossibile da scaricare.
Domande frequenti
D1: Quanta elettricità può generare al giorno una centrale solare mobile da 20 kW?
La generazione dipende dalle condizioni solari locali. Supponendo 4,5 ore di picco solare e un'efficienza del sistema di 0,75–0,8, ogni kW di capacità fotovoltaica installata genera circa 3,4–3,6 kWh al giorno. Un sistema da 20 kW genererebbe quindi circa 68–72 kWh/giorno. Nelle aree con 5,5 ore di picco solare, la produzione giornaliera può raggiungere circa 85 kWh. Il PVOUT locale effettivo può essere interrogato in base alle coordinate nel Atlante solare globale.
Q2: Il sistema può alimentare direttamente carichi motorizzati?
Sì, ma è necessario calcolare la corrente di avviamento. Un motore a induzione da 22 kW che utilizza l'avviamento diretto può assorbire una corrente istantanea di 110–150 A. L'inverter deve avere una capacità di sovraccarico sufficiente per gestire questa richiesta. Per i motori ad alta potenza, si consiglia un avviatore statico o un convertitore di frequenza (VFD) per ridurre la corrente di avviamento e i picchi elettrici associati.
Q3: Il sistema può funzionare senza accumulo di energia?
Sì. Per le applicazioni che consumano principalmente elettricità durante il giorno, come stazioni di pompaggio e operazioni di frantumazione, il sistema può funzionare senza accumulo di energia, con l'inverter che fornisce potenza in risposta al carico. Tuttavia, le applicazioni che richiedono alimentazione di backup durante la notte o in caso di tempo nuvoloso necessitano di accumulo di energia.
Q4: È possibile espandere il sistema?
Il design modulare supporta l'espansione della capacità aggiungendo e collegando unità aggiuntive in parallelo. Prima dell'espansione, verificare il numero massimo consentito di unità in parallelo dell'inverter e la capacità del punto di connessione. La sola aggiunta di capacità fotovoltaica senza aggiornare il sistema di distribuzione elettrica potrebbe non essere sufficiente.
D5: Per quanto tempo l'apparecchiatura può funzionare in un ambiente carico di sale?
La gamma di prodotti è specificata con un grado di resistenza alla nebbia salina di ≤C5 e un rivestimento del telaio zincato a caldo di ≥55 μm. Secondo le classificazioni di corrosione ISO 12944, C5-M si riferisce ad ambienti marini altamente corrosivi, comprese alcune località costiere entro 500 m dal mare. Con questo livello di protezione e ispezioni regolari, il sistema può supportare un periodo di servizio superiore a 15 anni. La durata effettiva dipende ancora dalle condizioni di corrosione specifiche del sito e dalla frequenza di manutenzione.
Contatto: info@xzbesta.com
