Negli impianti fotovoltaici residenziali (e non solo), l’inverter è il vero e proprio centro nevralgico. Questo dispositivo, infatti, non si limita solo a trasformare la corrente continua (DC) prodotta dai moduli fotovoltaici in corrente alternata, pronta da usare e da immettere nella rete pubblica. L’inverter sorveglia anche l’intero impianto, per garantire che i moduli fotovoltaici lavorino sempre al massimo delle loro possibilità. Inoltre controlla l’interfaccia con la rete e cura il rispetto di vari criteri di sicurezza.
Il mercato offre diversi tipi di inverter, ciascuno con caratteristiche e peculiarità che è il caso di conoscere prima di procedere con l’installazione di un impianto fotovoltaico. Un’installazione che sempre più persone stanno valutando. A causa dei prezzi in salita dell’energia e di una sempre più diffusa coscienza ecologica, infatti, il fotovoltaico è in crescita, in particolare quello residenziale.
Impianti fotovoltaici residenziali: crescita nel 2021 e nel 2022
Secondo i dati pubblicati da GSE, a fine 2021 in Italia risultavano installati 1.016.000 impianti fotovoltaici, con una potenza complessiva pari a 22,6 GW e una produzione di poco superiore a 25 TWh. Nel corso del 2021 sono stati attivati oltre 80.000 impianti, che hanno aggiunto quasi 940 MW di potenza alla produzione di energia nazionale. Circa l’85% di queste installazioni è di tipo residenziale, con una potenza inferiore a 12 kW (4,4 kW di media).
I dati appena riferiti non sono però adeguati per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione fissati per il 2030 e per il 2050, come è stato evidenziato in occasione del Forum Italia Solare 2021. Il potenziale di sviluppo è ancora enorme e molto rimane da fare, soprattutto nel residenziale. Se, nel campo degli impianti fotovoltaici, paragoniamo i progressi italiani a quelli ottenuti da altri paesi europei, nel 2021 sono stati installati circa 1.000 MW in Italia (60 milioni di abitanti), 5.400 MW in Germania (83 milioni), 3.400 MW in Olanda (16,7 milioni), 3.200 MW in Spagna (46,7 milioni), 1.900 MW in Francia (64,3 milioni).
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I primi sei mesi del 2022
Per quanto riguarda i primi sei mesi del 2022, Italia Solare ha evidenziato, in base ai dati Gaudì di Terna, che sono stati installati 1.012 MW di nuovi impianti fotovoltaici, più del doppio rispetto allo stesso periodo del 2021 (406 MW), con una potenza cumulata complessiva di 23.577 MW e un numero di impianti pari a 1.087.190. Nel settore residenziale sono stati installati 5.486 MW, in quelli commerciale e industriale 12.921 MW, nel comparto utility scale 5.170 MW.
Italia Solare ha sottolineato che al 30 giugno 2022 la capacità connessa complessiva dei sistemi di accumulo arrivava a 1.361 MWh, dei quali 1.341 MWh erano batterie al litio. Per quanto riguarda i soli sistemi di accumulo associati agli impianti fotovoltaici, nel 2022 (629 MWh) è continuato un trend di crescita, già intrapreso nel 2021 (411 MWh).
Anche se in crescita, i dati della prima metà del 2022 hanno evidenziato, sia per il fotovoltaico sia per i sistemi di accumulo, un netto ritardo rispetto alle previsioni di sviluppo che si è data l’Italia.
Impianti fotovoltaici residenziali – Caratteristiche e funzioni di un inverter
Sul mercato sono disponibili molti inverter fotovoltaici, classificabili sulla base di tre importanti caratteristiche: potenza, dimensionamento lato DC e topologia.
- Potenza: si parte da due kilowatt e si arriva fino all’ordine dei megawatt. Le potenze tipiche ammontano a 5 kW per gli impianti residenziali, da 10 a 20 kW per gli impianti commerciali, da 500 a 800 kW per le centrali fotovoltaiche
- Dimensionamento lato DC: un inverter può essere di stringa, multistringa oppure centrale. Nel primo caso all’inverter è collegata una singola fila di moduli fotovoltaici uniti in serie, nel secondo sono connesse due o più stringhe, ciascuna con un inseguitore MPP (Maximum Power Point) dedicato. Questa tipologia è ideale nei casi in cui l’impianto sia costituito da superfici parzialmente soleggiate. Un inverter centrale include un unico MPP ed è indicato per grandi impianti uniformemente illuminati
- Topologia: si distingue tra monofase e trifase, tra con trasformatore e senza. In impianti di piccole dimensioni come quelli residenziali, si usano di solito dispositivi monofase, per grandi impianti è necessario adoperare inverter trifase o gruppi di più inverter monofase. Il trasformatore consente la separazione galvanica (prescritta in alcuni Paesi) e permette inoltre la messa a terra dei moduli fotovoltaici (necessaria per alcuni tipi di moduli). Se possibile si preferisce usare inverter senza trasformatore, perché sono più piccoli, leggeri e con un rendimento più elevato
Un inverter è progettato e costruito per compiere diverse operazioni:
- Trasformazione con basse perdite: un ipotetico inverter ideale dovrebbe avere perdite energetiche pari a zero, quindi una resa del 100%. Nella realtà i migliori inverter raggiungono un rendimento del 98%
- Ottimizzazione della potenza: la curva caratteristica dei moduli fotovoltaici dipende dall’intensità dell’irraggiamento e dalla temperatura dei moduli, valori che cambiano nell’arco della giornata. L’inverter deve quindi trovare e mantenere il punto di funzionamento ottimale (Maximum Power Point, MPP) sulla curva caratteristica, per poter estrarre dai moduli solari tutta la potenza disponibile in ogni situazione. L’elettronica dell’inverter compie un vero e proprio inseguimento dell’MPP
- Monitoraggio e protezione: l’inverter controlla il funzionamento dei pannelli fotovoltaici e ne segnala eventuali malfunzionamenti. Per motivi di sicurezza deve disinserire, immediatamente e con un sezionatore, l’impianto in caso di anomalie gravi
- Comunicazione: per mostrare le informazioni e per variare i parametri di funzionamento, l’inverter è dotato di un’interfaccia utente. Questa può essere mostrata tramite un display integrato nell’inverter oppure, più comodamente, è disponibile un’app per accedere a tutte le informazioni, memorizzate in un portale online gestito dell’azienda produttrice dell’inverter
- Gestione della temperatura: la temperatura dell’inverter influisce sulla vita dei suoi componenti elettronici e sul rendimento. Se la temperatura sale troppo, l’inverter deve ridurre la corrente in input, con conseguente impossibilità di sfruttare appieno la potenza fornita dai pannelli. È quindi importante che l’inverter sia posizionato in un ambiente fresco, magari ventilato
I trend costruttivi degli inverter
Visti i costi in salita dell’energia, è sempre più importante sfruttare completamente la corrente prodotta dall’impianto fotovoltaico, non solo quando l’irraggiamento solare è al suo massimo ma in ogni momento, anche di sera e di notte. Per questo serve un sistema di accumulo, che consenta di immagazzinare l’energia in eccesso non immediatamente consumata.
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La tendenza più recente nello sviluppo degli inverter è proprio la capacità di integrare il sistema di accumulo nell’impianto fotovoltaico, così da gestire al meglio i flussi di corrente in entrata e in uscita tra i diversi componenti, non solo dell’impianto solare ma dell’intera abitazione. Un inverter con questa capacità è chiamato ibrido.
In sostanza, un inverter ibrido fa in modo che di giorno gli elettrodomestici siano alimentati dalla corrente fornita dall’impianto fotovoltaico, mentre l’energia in eccesso è inviata al sistema di accumulo per caricare le batterie. Se la richiesta di energia da parte delle utenze domestiche supera quella fornita dai pannelli e dalle batterie, l’inverter preleva la corrente aggiuntiva necessaria dalla rete nazionale. Se le batterie sono completamente cariche e non c’è richiesta da parte della rete domestica, l’energia generata dai pannelli è inviata alla rete nazionale.
In commercio sono disponibili anche sistemi di accumulo ibridi, che integrano in una sola unità le batterie, la loro elettronica di governo e l’inverter vero e proprio (di tipo ibrido, ovviamente). Questo permette di avere tutta la componentistica all’interno di un unico involucro, a vantaggio dell’estetica e del minore ingombro. Il software dell’inverter gestisce direttamente il pacco batteria, per una migliore efficienza.
Un’altra tipologia di inverter per accumulo fotovoltaico è lo smart inverter, un dispositivo che non solo è in grado di caricare e scaricare il sistema di accumulo, ma è capace di ricaricare le batterie sia con l’energia generata dall’impianto fotovoltaico sia con l’elettricità prelevata dalla rete quando l’impianto solare non ne sta producendo abbastanza.
La scelta di un inverter ibrido o smart in fase di progettazione di un nuovo impianto fotovoltaico è una buona idea anche se inizialmente non si prevede di acquistare un sistema di accumulo. Così l’impianto sarà già predisposto per una successiva aggiunta delle batterie. Grazie all’inverter ibrido o smart si massimizza l’autoconsumo e si ha la certezza di sfruttare al meglio l’intero impianto solare, nell’ottica del risparmio e della salvaguardia dell’ambiente.
Inverter per il residenziale: potenze, specifiche e costi per la smart home
In un tipico impianto fotovoltaico residenziale con una potenza di picco di 3 kW, l’inverter è dimensionato per la stessa potenza, in modo da non avere problemi a gestire il massimo carico elettrico previsto. L’inverter è di solito monofase e ha una vita prevista di circa 10 anni, che possono arrivare a 15 per i modelli più performanti.
I dati riportati sulla targhetta di un inverter includono l’efficienza di picco e quella ponderata. La prima è l’efficienza alla massima capacità, la seconda è una media delle efficienze misurate con diversi valori di corrente in input, valori tipici del funzionamento per cui l’inverter è stato progettato.
Per quanto riguarda il costo, un inverter per un impianto da 3 kW ha un prezzo di 600 – 800 euro. Nel caso di un dispositivo da 6 kW si sale a 1.000 – 1.200 euro. Di solito è meglio orientarsi su inverter di qualità: il maggior costo è recuperato rapidamente grazie al miglior rendimento dell’impianto. Inoltre, gli inverter di fascia alta sono dotati di interfacce più complete e intuitive, si controllano a distanza tramite app e si integrano bene in una smart home.