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Accumulo e fotovoltaico, un binomio imprescindibile che nasconde molteplici criticità

September 14, 2018

 

Quest'ultimo decennio è stato caratterizzato da un incremento considerevole del fabbisogno energetico mondiale e dal massiccio ricorso alle fonti rinnovabili di energia, quali il fotovoltaico e l'eolico, capaci di integrarsi capillarmente sul territorio ma contraddistinte dall'aleatorietà della fonte primaria, generando enormi benefici in termini di inquinamento ma con notevoli scompensi alla rete elettrica nazionale, strutturata per essere gestita mediante poche centrali di elevata potenza, reciprocamente interconnesse, piuttosto che sovraccaricata da molteplici microreti  (microgrids).
Oggi, con la fine degli incentivi in conto energia, decade il meccanismo economico-speculativo incentrato sulla remunerazione dell'energia autoprodotta e si fa strada sempre più il concetto di massimizzazione dell'autoconsumo. La sfida degli impianti fotovoltaici attuali è quello di consumare in loco l'energia elettrica prodotta, considerando il maggiore valore economico ottenuto rispetto alle quantità energetiche scambiate o cedute alla rete. La massimizzazione dell'autoconsumo avviene mediante la gestione intelligente dei carichi, attivati solo in presenza di produzione da fonte solare e/o attraverso l'adozione di opportuni sistemi di accumulo in grado di immagazzinare l'energia elettrica prodotta e non immediatamente consumata, al fine di riutilizzarla la sera o nei momenti di scarso soleggiamento.

 

"Accumulo e fotovoltaico" è un binomio imprescindibile; esalta le peculiarità di un sistema di produzione maturo ed affidabile appagando il desiderio di ciascun individuo di rendersi energeticamente autosufficiente.

 

Un impianto fotovoltaico isolato è concepito per alimentare un carico o un’utenza elettrica con indisponibilità energetica nulla, per mezzo di un sistema di accumulo elettrochimico, che rappresenta il cuore vero e proprio e la criticità maggiore del sistema; l’ubicazione di tali sistemi in siti spesso caratterizzati da altitudini elevate, temperature rigide, vincoli paesaggistici ed assenza di strade d’accesso carrozzabili per il trasporto del notevole ed ingombrante materiale di cantiere non può non tenere conto di adeguata esperienza rispetto al contenuto, all'entità ed alla complessità del sistema da realizzare.
I tecnici che hanno già avuto la possibilità di associare il binomio accumulo fotovoltaico conoscono bene le criticità che tale sistema comporta.
L'accumulo per fotovoltaico più adatto è rappresentato dalle batterie al piombo acido con piastre tubolari e con piastre piane; tali generatori elettrochimici possono poi, a loro volta, essere suddivisi in accumulatori a vaso aperto e accumulatori a vaso chiuso, a seconda della necessità costruttiva dell'elemento di dissipare i gas  prodotti dalla reazione di ossidoriduzione; durante la carica degli accumulatori a vaso aperto infatti e, benché in misura molto minore, anche durante la scarica ed a circuito aperto, a causa dell'elettrolisi dell'acqua, si sviluppano gas in parte costituiti da idrogeno. L'idrogeno è un gas che a contatto con l'ossigeno dell'aria, entro le concentrazioni comprese tra i limiti 4 e 75% circa, forma una miscela infiammabile; occorre quindi che, per ricambio naturale o mediante ventilazione, la percentuale di idrogeno nell'aria venga mantenuta sotto il limite di infiammabilità (e di esplosione) con un adeguato margine di sicurezza. A tal fine è necessario assicurare le seguenti condizioni:

  • l'aerazione deve essere sufficiente a diluire l'idrogeno al di sotto del 30% del limite inferiore di infiammabilità;

  • l'aerazione deve essere uniforme e quindi interessare tutti i punti dell'ambiente.

La quantità di aria necessaria ad assicurare una diluizione dell'idrogeno sotto il limite minimo indicato è determinata mediante opportune formule (per approfondimenti vedi qui).

E' facile intuire che tali sistemi comportano un'attenta analisi progettuale, installativa e d'esercizio al fine di non pregiudicarne il funzionamento o, peggio ancora, arrecare danni. A tal proposito, le norme EN 50272 e la guida CEI 31-35 prescrivono una distanza d (vedi figura), circostante ad una batteria a vaso aperto, che definisce una zona con pericolo di esplosione:

 

Altro fattore da non sottovalutare, specie in località caratterizzate da basse temperature, è il calcolo della temperatura di congelamento dell'elettrolita, verifica necessaria per evitare di ritrovarsi con l'involucro delle batterie lacerato!?!

 

Il calcolo dell'abbassamento crioscopico, della soluzione contenuta negli accumulatori elettrochimici, ha lo scopo di determinare in maniera univoca il valore minimo di temperatura a cui possono essere esposti gli accumulatori.

 

Nelle soluzioni elettrochimiche, l’abbassamento crioscopico ΔT è dato dal prodotto della costante K tipica del solvente (costante crioscopica) per la molalità (m) della soluzione, per il coefficiente di Van't Hoff (i):

 

 ΔT = K ∙ m ∙ i

 

Articolo tratto dal testo Sistemi fotovoltaici per l'autoconsumo, di Antonio Vincenti.

A presto,
Ing. Antonio Vincenti
CEO IESL

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