Il nostro impianto fotovoltaico: 32 pannelli, 4 MPPT, batterie e inverter Victron

Il tetto della casa ospita 32 pannelli solari. L’elettricità che producono attraversa diversi apparecchi prima di arrivare alle nostre prese: regolatori di carica, una barra di distribuzione in corrente continua, batterie e inverter. Questo articolo spiega il ruolo di ciascuno e le ragioni delle nostre scelte di cablaggio.

Elemento	Scelta
Pannelli	32 × SoliTek Blackstar 435 Wp vetro-vetro, ossia 13,92 kWp
Orientamento	Sud-est (azimut ≈ 126°), tetto inclinato di 40°
Cablaggio	4 campi di 8 pannelli, ciascuno in 2 stringhe di 4 pannelli in serie
Regolatori di carica	4 × Victron SmartSolar MPPT 250/85
Distribuzione in corrente continua	2 × Victron Lynx Distributor (48 V)
Accumulo	2 × Pylontech US5000, ossia 9,6 kWh
Inverter-caricabatterie	3 × Victron MultiPlus-II 48/6k5, uno per fase
Controllo	Victron Cerbo GX

Panoramica

L’impianto funziona su due livelli di tensione. Sul tetto, i pannelli producono corrente continua a circa 130 V. I regolatori MPPT abbassano questa tensione a quella delle batterie, intorno a 48–54 V. Tutta la parte centrale dell’impianto (regolatori, batterie e inverter) è collegata a un’unica barra a 48 V. Infine, i tre inverter MultiPlus-II trasformano questa corrente continua in corrente alternata a 230 V, uno per fase, per la casa.

I pannelli: 32 moduli in serie-parallelo

I nostri pannelli sono SoliTek Blackstar da 435 Wp, prodotti in Europa. Sono moduli vetro-vetro (2 mm di vetro temprato su ciascun lato), più resistenti all’invecchiamento e alla grandine rispetto a un modulo classico con foglio posteriore. Le loro celle N-type TOPCon sono bifacciali. Posati su un tetto metallico, però, non captano quasi nulla dal retro.

I 32 pannelli sono fissati con binari alle lamiere d’acciaio del tetto (swisspanels). Sono orientati a sud-est (azimut ≈ 126°), su un tetto con pendenza di 40°. Con questo orientamento, la produzione inizia presto al mattino e cala prima nel pomeriggio. Questa inclinazione piuttosto marcata favorisce la produzione in inverno, quando il sole è basso, e aiuta la neve a scivolare.

Caratteristica di un pannello (condizioni standard)	Valore
Potenza	435 Wp
Tensione alla massima potenza (Vmpp)	32,96 V
Corrente alla massima potenza (Impp)	13,20 A
Tensione a vuoto (Voc)	38,92 V
Corrente di cortocircuito (Isc)	13,80 A
Coefficiente di temperatura della tensione	−0,25 %/°C
Valore massimo del fusibile in serie	22 A
Dimensioni	1722 × 1134 × 30 mm

I pannelli non sono collegati tutti insieme. Sono suddivisi in 4 campi di 8 pannelli, ciascuno collegato al proprio regolatore MPPT. In ogni campo, i pannelli sono cablati in 2 stringhe di 4 pannelli in serie, poi le due stringhe sono collegate in parallelo:

• In serie, le tensioni si sommano e la corrente resta la stessa. Una stringa di 4 pannelli fornisce circa 4 × 33 V = 132 V.
• In parallelo, sono le correnti a sommarsi e la tensione resta la stessa. Ogni stringa fornisce circa 13,2 A, quindi le due stringhe insieme forniscono circa 26 A.

Ogni campo rappresenta quindi 8 × 435 W = 3,48 kWp.

Perché questa suddivisione?

Il numero di pannelli in serie dipende dalla tensione massima che il regolatore accetta in ingresso: 250 V per l’MPPT 250/85. Ma la tensione di un pannello aumenta con il freddo. Un pannello che indica 38,9 V a vuoto a 25 °C sale a circa 42,3 V in una mattina d’inverno soleggiata a −10 °C. Con 4 pannelli in serie, la tensione a vuoto resta intorno a 170 V anche con freddo intenso, con un buon margine. Con 8 pannelli in serie si arriverebbe a quasi 340 V e il regolatore verrebbe distrutto.

Questa suddivisione ha altri vantaggi:

• Sicurezza: una tensione di circa 130 V è più facile e più sicura da maneggiare rispetto a una stringa di diverse centinaia di volt, il che conta per un impianto realizzato in parte da noi.
• Nessun fusibile di stringa: con solo due stringhe in parallelo, la corrente che potrebbe rifluire in una stringa guasta non può superare la corrente di cortocircuito dell’altra stringa (13,8 A). È meno di quanto il pannello sopporta (22 A). I fusibili di stringa diventano necessari solo a partire da tre stringhe in parallelo.
• Meno perdite in caso di ombreggiamento: ogni campo ha il proprio MPPT. Se un camino o un albero fa ombra su un campo, gli altri tre continuano a produrre al massimo delle loro possibilità.

Ogni campo è protetto da uno scaricatore di sovratensione in corrente continua, posto prima del regolatore. Devia a terra le sovratensioni dovute ai fulmini, alle quali sono esposti i lunghi cavi che scendono dal tetto.

I regolatori MPPT: ottenere il massimo dai pannelli

La curva I-V di un pannello

Un pannello solare non si comporta come una pila che fornisce una tensione fissa. La sua tensione e la sua corrente dipendono da ciò che vi si collega. Lo si rappresenta con la sua curva I-V (corrente in funzione della tensione):

• A sinistra della curva, la tensione è bassa e la corrente quasi costante, vicina alla corrente di cortocircuito. Il pannello si comporta come una sorgente di corrente.
• A destra, la corrente crolla rapidamente fino a zero, valore raggiunto alla tensione a vuoto. Il pannello si comporta allora come una sorgente di tensione.

La potenza è il prodotto della tensione per la corrente (P = U × I). È nulla alle due estremità e raggiunge un massimo nel «gomito» della curva: è il punto di massima potenza (Maximum Power Point, MPP).

La retta di carico

Ciò che si collega al pannello ne impone il punto di funzionamento. Un carico che si comporta come una resistenza R segue la legge di Ohm, I = U / R. Sul grafico è una retta che passa per l’origine, con pendenza 1/R. Il pannello funziona all’intersezione di questa retta con la sua curva I-V:

1. Carico troppo «pesante» (R troppo bassa, retta troppo ripida): il punto si trova sul tratto piatto della curva, con molta corrente ma poca tensione. Una parte importante della potenza disponibile va persa.
2. Carico adattato: la retta passa esattamente per il gomito della curva. Il pannello fornisce tutta la sua potenza.
3. Carico troppo «leggero» (R troppo alta, retta troppo piatta): il punto si trova nel tratto discendente, con una tensione elevata ma poca corrente. Anche qui si perde potenza.

Il punto di massima potenza si sposta di continuo: scende quando una nuvola riduce l’irraggiamento (punto 4) e la sua tensione cambia con la temperatura delle celle. La retta di carico ideale non è quindi mai la stessa da un istante all’altro.

Il ruolo dell’MPPT

Se i pannelli fossero collegati direttamente alle batterie, sarebbe la tensione delle batterie (circa 52 V) a imporre il punto di funzionamento, lontano dai 132 V del punto ottimale. Il regolatore MPPT (Maximum Power Point Tracking) si interpone tra i due. È un convertitore elettronico che si comporta come una resistenza variabile vista dai pannelli: regolando il suo rapporto di conversione, fa ruotare la retta di carico.

In pratica, modifica leggermente la tensione richiesta ai pannelli, misura la potenza ottenuta e mantiene la direzione che la fa aumentare. Ripete questa operazione di continuo, seguendo così il punto di massima potenza quando passano le nuvole o i pannelli si scaldano. Lo SmartSolar esplora inoltre regolarmente tutta la curva. Evita così di restare bloccato su un massimo «locale», che può comparire quando una parte del campo è in ombra.

In uscita, il regolatore restituisce la stessa potenza (meno l’1–2 % di perdite) alla tensione delle batterie: 132 V × 26 A in ingresso diventano circa 52 V × 66 A in uscita.

La scelta dell’MPPT 250/85

Utilizziamo 4 Victron SmartSolar MPPT 250/85, uno per campo. Il nome riassume i due limiti principali dell’apparecchio, uno sul lato dei pannelli e l’altro sul lato delle batterie:

Limite	Lato	Valore dell’MPPT	Il nostro campo
Tensione massima (il «250»)	Ingresso (pannelli)	250 V	≈ 170 V a vuoto a −10 °C
Corrente di cortocircuito massima dei pannelli	Ingresso (pannelli)	70 A	2 × 13,8 A ≈ 28 A
Potenza FV nominale a 48 V	Ingresso (pannelli)	4,9 kW	3,48 kWp
Corrente di carica massima (l’«85»)	Uscita (batterie)	85 A	≈ 67 A al massimo

I quattro regolatori sono collegati tra loro e al Cerbo GX tramite il bus di comunicazione VE.Can, che consente loro di caricare le batterie in modo sincronizzato.

I Lynx Distributor: la spina dorsale a 48 V

A 48 V, la potenza circola sotto forma di correnti elevate. A piena produzione, i quattro regolatori possono inviare fino a circa 270 A alla barra a 48 V. Gli inverter, dal canto loro, possono prelevarne altrettanti quando alimentano la casa dalle batterie. Serve quindi un punto di collegamento robusto e ben protetto.

È il ruolo dei Lynx Distributor di Victron. Ogni modulo contiene due barre di rame, una positiva e una negativa, dimensionate per 1000 A. La barra positiva ha quattro uscite, ciascuna protetta da un fusibile MEGA. Ne abbiamo accoppiati due, formando un’unica barra continua con 8 uscite:

• 4 uscite per i 4 regolatori MPPT;
• 3 uscite per i 3 MultiPlus-II (Victron raccomanda un fusibile da 250 A per un MultiPlus-II 48/6k5);
• 1 uscita comune per le 2 batterie, collegate in parallelo.

Questo montaggio presenta tre vantaggi:

• Protezione apparecchio per apparecchio: in caso di cortocircuito, fonde solo il fusibile interessato, che isola l’apparecchio guasto.
• Cablaggio corto e simmetrico: i cavi di grande sezione restano corti, il che limita le perdite e il riscaldamento.
• Sorveglianza: una spia per fusibile segnala subito un fusibile bruciato.

Le batterie Pylontech: accumulare il surplus

L’accumulo si basa su 2 batterie Pylontech US5000. Sono batterie al litio ferro fosfato (LiFePO₄), una chimica nota per la sua stabilità termica e la sua longevità.

Caratteristica	Una batteria	Totale (×2)
Tensione nominale	48 V	48 V
Capacità nominale	4,8 kWh	9,6 kWh
Capacità utilizzabile (profondità di scarica 95 %)	4,56 kWh	≈ 9,1 kWh
Corrente continua di carica e scarica	100 A	200 A
Durata dichiarata	oltre 8000 cicli a 25 °C

Le due batterie sono collegate in parallelo e condividono una stessa uscita della barra Lynx. Comunicano con il Cerbo GX tramite bus CAN. Il loro sistema di gestione (BMS) indica in permanenza il loro stato di carica e le correnti di carica e scarica che accettano. Il Cerbo GX trasmette questi limiti agli MPPT e agli inverter. Sono quindi le batterie stesse a stabilire come vengono caricate.

L’impianto è modulare: si potranno aggiungere altre batterie US5000 in parallelo se le nostre esigenze aumenteranno.

I tre MultiPlus-II: il legame con la casa e la rete

I Victron MultiPlus-II 48/6k5 sono inverter-caricabatterie bidirezionali. Possono:

• trasformare i 48 V in corrente continua delle batterie e dei pannelli in 230 V in corrente alternata per la casa;
• viceversa, prelevare energia dalla rete per caricare le batterie se necessario;
• immettere il surplus di produzione nella rete pubblica.

Caratteristica (un apparecchio)	Valore
Potenza di uscita continua a 25 °C	6 kW (5,7 kW a 40 °C)
Potenza di picco	11 kW per 1 minuto
Corrente massima di carica delle batterie	100 A
Corrente massima passante dalla rete	50 A
Rendimento massimo	96 %

Ne abbiamo tre, uno per fase (L1, L2 e L3), configurati insieme in trifase. I tre apparecchi possono così fornire 18 kW in continuo da batterie e pannelli. La casa dispone di una vera rete trifase, utile per la cucina, il laboratorio e la colonnina di ricarica del veicolo elettrico. I tre apparecchi comunicano tra loro e con il Cerbo GX tramite il bus VE.Bus.

I MultiPlus-II integrano anche due funzioni di sicurezza:

• Commutazione in caso di blackout: se la rete pubblica va in panne, si scollegano da essa e continuano ad alimentare la casa con le batterie e i pannelli. La commutazione richiede meno di 20 millisecondi, un tempo abbastanza breve perché gli apparecchi elettronici non si spengano.
• Anti-isola: durante un blackout, non immettono mai corrente nella rete pubblica. È indispensabile per la sicurezza dei tecnici che intervengono sulle linee.

Il Cerbo GX: il direttore d’orchestra

Il Cerbo GX è un piccolo computer che coordina tutti gli apparecchi. Gestisce la modalità ESS (Energy Storage System) di Victron, che decide in ogni istante dove va l’energia, secondo questo ordine di priorità:

1. Di giorno, la produzione solare alimenta prima la casa.
2. Il surplus carica poi le batterie.
3. Quando le batterie sono piene, il resto viene immesso nella rete pubblica.
4. La sera e la notte, le batterie subentrano per alimentare la casa.
5. La rete fornisce energia solo quando il sole e le batterie non bastano.

Per applicare queste regole, il sistema deve conoscere l’energia scambiata con la rete. Il contatore ufficiale, al punto di allacciamento, è quello fornito da Groupe E. Tutta la casa è collegata all’uscita dei MultiPlus-II: tutto ciò che entra o esce dalla rete passa quindi attraverso gli inverter, che lo misurano direttamente. Non serve alcun contatore aggiuntivo.

Il Cerbo GX invia inoltre i suoi dati al portale VRM di Victron, dove seguiamo produzione, consumo e stato delle batterie da un telefono.

In sintesi

Livello	Tensione	Apparecchio	Ruolo
Tetto	≈ 130 V continua	32 pannelli da 435 Wp in 4 × (2 × 4)	Produrre 13,92 kWp
Conversione	130 V → 48 V	4 MPPT 250/85	Seguire il punto di massima potenza e caricare
Distribuzione	48 V continua	2 Lynx Distributor	Collegare e proteggere
Accumulo	48 V continua	2 Pylontech US5000	Accumulare 9,6 kWh
Casa e rete	3 × 230 V alternata	3 MultiPlus-II 48/6k5	Alimentare, scambiare, garantire il backup
Controllo	—	Cerbo GX	Decidere e sorvegliare

Questa architettura privilegia il consumo in loco dell’energia prodotta sul tetto. Resta collegata alla rete pubblica, che fa da supporto e assorbe il surplus. Ogni elemento può inoltre essere ampliato separatamente se le nostre esigenze cambiano.