Con il continuo sviluppo di iniziative rivolte alle energie rinnovabili, come ad esempio i progetti Million Solar Roofs negli Stati Uniti o Energiewende, noto come “transizione energetica”, in Germania, i sistemi di accumulo dell’energia domestica sono divenuti una risorse ampiamente diffusa in oltre 50 paesi in tutto il mondo. Ciò vale soprattutto laddove i governi erogano alle famiglie e a chiunque ricorra alla generazione fotovoltaica delle consistenti sovvenzioni. Grazie a questi sistemi, la maggior parte delle famiglie è in grado non solo di raggiungere l’autosufficienza energetica ma anche di immagazzinare l’elettricità in eccesso. La domanda di sistemi di accumulo dell’energia domestica sta crescendo. Un sistema di accumulo dell’energia domestica è simile a una centrale in miniatura, ma il suo funzionamento non è soggetto alla pressione che tipicamente si verifica in un ambiente utility. La batteria nel sistema si carica autonomamente durante la fase di utilizzo dell’elettricità e si scarica durante i picchi di consumo o durante i periodi di assenza di energia. Oltre ad essere utilizzabile come alimentazione di emergenza, il sistema è in grado di bilanciare le variazioni di carico elettrico, risparmiando così sui costi della bolletta familiare. L’attuale domanda di sistemi di accumulo dell’energia domestica si basa principalmente sull’esigenza di alimentare i carichi in condizioni di emergenza. Tuttavia, agli occhi dei professionisti del settore, il futuro del mercato dei sistemi di accumulo dell’energia domestica è luminoso e promettente. La spinta deriva dai nuovi sistemi di produzione dell’energia elettrica, ad esempio di tipo fotovoltaico, che contribuisce allo sviluppo delle reti elettriche intelligenti.
Struttura e componenti del sistema di accumulo
I sistemi di accumulo dell’energia domestica sono sostanzialmente di due tipi: grid-connected e off-grid. Un sistema di accumulo grid-connected è alimentato dall’energia di origine fotovoltaica e dal sistema di stoccaggio dell’energia e comprende cinque elementi: l’array solare, l’inverter di rete, il sistema di gestione Bms (Battery managemnt system), la batteria e il carico Ac. Quando l’utility eroga energia normalmente, il sistema fotovoltaico collegato alla rete e l’utility alimentano insieme il carico. Quando l’utility non è presente, il carico è alimentato dal sistema di accumulo dell’energia e dal sistema fotovoltaico collegato alla rete. Un sistema di accumulo dell’energia domestica grid-connected prevede tre modalità di funzionamento. Nella prima il sistema fotovoltaico effettua l’accumulo di energia e alimenta l’utility; nella seconda il sistema fotovoltaico effettua l’accumulo di energia ed eroga parte dell’energia elettrica residenziale; nella terza il sistema fotovoltaico effettua solo l’accumulo di energia. Il sistema di accumulo dell’energia domestica off-grid è indipendente e non prevede alcun collegamento alla rete elettrica. Pertanto il sistema non necessita di inverter di rete ad eccezione dell’inverter fotovoltaico. Il sistema di accumulo dell’energia domestica off-grid prevede tre modalità di funzionamento. Nella prima il sistema fotovoltaico effettua l’accumulo di energia e alimenta i carichi residenziali nei giorni assolati; nella seconda l’energia solare e la batteria di accumulo dell’energia elettrica alimentano i carichi residenziale nei giorni nuvolosi; nella terza la batteria di accumulo dell’energia elettrica alimenta i carichi residenziali al crepuscolo e nei giorni di pioggia. In sintesi, le esigenze di corrente per le apparecchiature di accumulo dell’energia riguardano principalmente il sistema di gestione Bms, l’inverter fotovoltaico grid-connected e l’inverter dell’accumulatore di energia. Combinando queste esigenze con i requisiti di isolamento di sicurezza dei circuiti nelle unità del sistema fotovoltaico, Mornsun ha sviluppato una soluzione completa di alimentazione dell’unità di controllo.
Soluzioni di alimentazione per il Bms
La batteria è il dispositivo principale di accumulo dell’energia del sistema e il suo stato deve essere sempre monitorato in tempo reale. L’importanza del Bms è quindi evidente. Nel sistema di gestione Bms, la Bcu comunica in tempo reale con il bus Can e la Bmu per ottenere i valori di tensione, di temperatura del cabinet, di resistenza di isolamento e così via. Un sensore e un Soc di calcolo dinamico tracciano la corrente di carica e scarica mentre un touch screen visualizza i dati rilevanti. La Bcu calcola e analizza tutte le informazioni delle batterie gestendo in modo intelligente il sistema, comunicando con il bus Can indipendente e garantendo la protezione secondaria del processo di carica e scarica attraverso un relè. Quest’ultimo assicura un isolamento efficace, risponde alle esigenze di controllo della sicurezza dell’utente e garantisce un funzionamento stabile ed efficiente del sistema. La conversione isolata della tensione è il nucleo principale della soluzione di alimentazione del sistema di gestione Bms. L’unità di controllo principale è basata principalmente su un sistema a 24 Vdc. Il consumo di tutta l’unità di controllo principale è inferiore a 5 W. Pertanto, per alimentare l’unità F0505XT-1WR2 e l’Ldo è consigliato il dispositivo URB2405YMD-10WR3, il quale offre una tensione di uscita di 5 Vdc. L’Ldo converte 5 Vdc in tensione di uscita a 3,3 V per alimentare l’Mcu. Sei unità F0505XT-1WR2 sono utilizzate per alimentare quattro moduli Can, il circuito di rilevamento di tensione, il circuito di rilevamento dell’isolamento e il circuito di rilevamento di corrente, isolando contemporaneamente circuito di potenza, circuito di segnale e modulo di comunicazione per ridurre le interferenze e migliorare la stabilità e l’affidabilità.
Il monitoraggio dell’inverter solare fotovoltaico
I componenti fotovoltaici convergono l’energia solare mentre l’inverter converte la tensione Dc in Ac. Il processo dell’inverter deve essere monitorato, controllato e comunicato in modo da garantire che la tensione soddisfi le specifiche. Questa unità di monitoraggio può essere alimentata direttamente dall’utility. La serie LH ricava l’alimentazione dall’utility e la converte in uscita a 24 V, a sua volta convertita a 5 Vdc tramite un regolatore a commutazione non isolato K7805-500R3. Il B0503XT-2WR2 genera i 3,3 V per alimentare l’Mcu garantendo una funzione di isolamento. L’unità isolata TD501D485H a elevata velocità può inibire le interferenze elettromagnetiche e aumentare la resistenza del circuito di terra per proteggere il circuito di sistema dalla rete esterna. Inoltre, Mornsun ha sviluppato il driver isolato QP12W08S-37 che integra un’alimentazione Dc/Dc per Igbt full-bridge, semplificando la progettazione del circuito.
Il monitoraggio dell’inverter fotovoltaico grid-connected
L’inverter fotovoltaico grid-connected è costituito da unità Ac/Dc, unità Dc/Dc, unità di controllo, unità di comunicazione e unità di trasferimento. L’inverter di accumulo di energia bidirezionale è alimentato da due tipi di sorgenti. Una è l’utility, l’altra è il pannello fotovoltaico. La selezione di livelli del convertitore Ac/Dc dovrebbe prevalentemente prendere in considerazione l’alimentazione della scheda di controllo principale e del ventilatore. La potenza dell’apparecchiatura nel sistema menzionato è di 15 KW. Per alimentare il ventilatore e la scheda di controllo principale è consigliato il convertitore Ac/Dc LH40-10B24, che offre una tensione di uscita di 24 V. Per la scheda di controllo principale, è consigliabile utilizzare convertitori Dc/Dc URB2415YMD-10WR3 al fine di alimentare il driver Igbt e URB2405YMD-6WR3 per alimentare Mcu e modulo di comunicazione. La serie URB-YMD-6 / 10WR3 sfrutta un processo di produzione completamente automatizzato, riducendo notevolmente i costi di mano d’opera. Grazie a prestazioni superiori e costi inferiori, queste unità soddisfano le esigenze economiche dell’industria solare fotovoltaica.
