Un sistema di energia solare può funzionare durante i blackout?

Perché la maggior parte dei sistemi di energia solare si spegne durante i guasti di corrente

Come i sistemi di energia solare connessi alla rete dipendono dalla rete elettrica

I pannelli solari collegati alla rete elettrica devono corrispondere alla frequenza e ai livelli di tensione della rete per funzionare correttamente. Questi sistemi non dispongono di batterie integrate come le configurazioni autonome, quindi dipendono interamente dalla rete che rimane attiva. Se si verifica un'interruzione dell'energia in qualche punto, gli impianti fotovoltaici connessi alla rete si spegnono automaticamente. Questo non accade perché ci sia un problema tecnico, ma è in realtà una misura di sicurezza molto importante. Il sistema interrompe l'invio di energia elettrica nelle linee elettriche che non sono più attive, prevenendo potenziali pericoli per i tecnici dell'azienda elettrica e per altre persone che potrebbero lavorare sulla rete durante un'interruzione.

Meccanismi di Sicurezza: Perché gli Inverter si Spengono Automaticamente Durante le Interruzioni

In caso di interruzione di corrente, gli inverter solari si spengono automaticamente grazie a una funzione chiamata protezione contro l'islanding. Questa importante misura di sicurezza impedisce che l'elettricità fluisca verso linee elettriche attualmente soggette a lavori di riparazione. Il NEC richiede che questo sistema entri in funzione quasi istantaneamente non appena rileva anomalie nella stabilità della rete. Ricerche condotte in vari settori energetici indicano che questi protocolli evitano circa il 90 percento delle situazioni pericolose in cui l'elettricità potrebbe accidentalmente riversarsi nel sistema mentre i tecnici stanno effettuando riparazioni. La maggior parte degli inverter moderni dipende effettivamente dai segnali di tensione della rete principale anche solo per funzionare. Ciò significa che i modelli standard semplicemente non funzioneranno quando salta la corrente, a meno che non venga installato un equipaggiamento speciale per abilitare la capacità di islanding.

Impatto nella realtà: caso di studio sui sistemi solari residenziali durante blackout regionali

Quando nel 2020 gli incendi boschivi hanno colpito la California causando diffusi blackout, quasi tutte le abitazioni collegate alla rete elettrica tramite pannelli solari sono rimaste senza elettricità, anche se il cielo era completamente sereno. Secondo i rapporti delle aziende elettriche, la maggior parte di questi impianti solari non si sarebbe riattivata fino a quando la tensione della rete non fosse rimasta stabile per almeno cinque minuti interi. Ciò significava che le persone erano costrette a stare senza frigoriferi funzionanti, esponendo il cibo al deterioramento, e ancora peggio, chi dipendeva da dispositivi medici come macchine per l'ossigeno non aveva alcuna fonte di alimentazione di riserva. Ciò dimostra in modo piuttosto semplice che gli impianti solari tradizionali sono progettati principalmente per proteggere la rete elettrica complessiva, piuttosto che garantire un approvvigionamento energetico affidabile ai singoli individui durante le emergenze.

Accumulo con Batteria: Abilitare il Funzionamento del Sistema Fotovoltaico Durante i Blackout

I Limiti dei Sistemi Fotovoltaici Senza Accumulo Energetico

La maggior parte dei sistemi di energia solare connessi alla rete si spegne automaticamente durante i blackout a causa di protocolli di sicurezza che proteggono gli operatori dell'azienda elettrica. Uno studio del NREL del 2023 ha rilevato che il 94% degli impianti solari residenziali senza batterie si è disconnesso entro 2 secondi dal guasto della rete. Questa funzione di "prevenzione dell'isola" lascia i proprietari di casa improvvisamente senza energia, nonostante abbiano pannelli solari funzionanti.

Come le batterie solari forniscono energia di riserva durante i guasti della rete

Le batterie solari agli ioni di litio risolvono bene questo problema, poiché immagazzinano l'energia in eccesso prodotta durante il giorno per poterla utilizzare di notte o in caso di interruzione. Se la fornitura principale di elettricità va fuori servizio, questi sistemi a batteria entrano in funzione automaticamente per mantenere attivi prima di tutto i dispositivi essenziali. Si pensi ad esempio ai frigoriferi, che necessitano di circa 1,5 chilowattora al giorno, all'apparecchiatura medica che richiede circa 0,3 kWh giornalieri e ai router internet che assorbono continuamente circa 10 watt. Il sistema passa all'alimentazione di backup quasi istantaneamente, generalmente entro una frazione di secondo. Le ricerche sull'affidabilità energetica mostrano che, se le batterie sono dimensionate correttamente, la maggior parte delle abitazioni dotate di impianti solari standard da 5 kW può mantenere le funzioni di base per tre giorni o più senza connessione alla rete.

Soluzioni leader: Tesla Powerwall e altri sistemi solari con accumulo

Il Powerwall di Tesla continua a dominare il mercato con una capacità di accumulo di 13,5 kWh e una potenza continua di 5 kW, anche se ora sono disponibili opzioni più recenti come l'LG RESU Prime (che offre 16 kWh) dopo aver superato gli standard di certificazione UL-9540. Analizzando i dati del settore, i sistemi di accumulo solare attuali gestiscono il passaggio automatico in caso di guasto circa nel 98% dei casi, molto meglio rispetto alle vecchie batterie al piombo che raggiungevano solo circa il 72%. Test condotti di recente mostrano che la maggior parte dei sistemi ripristina circa il 90% dei bisogni energetici essenziali entro soli 15 secondi quando la rete principale va fuori servizio. Questo livello di affidabilità fa una grande differenza per i proprietari di case preoccupati per i blackout.

Tecnologia avanzata dell'inverter per prestazioni continue del sistema energetico solare

Inverter standard vs. inverter formatori di rete nei sistemi energetici solari

Gli inverter tradizionali utilizzati negli impianti solari connessi alla rete dipendono fortemente dalla rete elettrica principale per mantenere livelli di tensione e frequenze stabili. Quando si verifica un'interruzione di corrente, queste unità standard si spegnono automaticamente come misura di sicurezza per evitare danni agli operatori che potrebbero lavorare su infrastrutture danneggiate. Devono rispettare determinate norme di sicurezza, come quelle previste dagli standard UL 1741, secondo cui tutte le connessioni devono essere interrotte se la rete principale va in blackout. Al contrario, gli inverter grid-forming funzionano in modo completamente diverso. Questi dispositivi diventano essenzialmente dei piccoli generatori autonomi, creando ciò che è noto come microrete, grazie a sofisticati algoritmi software che permettono loro di controllare in modo indipendente tensione e frequenza, senza necessità di segnali esterni. Secondo studi recenti pubblicati su diverse riviste specializzate nel settore fotovoltaico, le versioni più moderne di questi sistemi grid-forming riescono effettivamente ad avviarsi autonomamente subito dopo un blackout e a collegarsi in modo fluido ai sistemi di accumulo esistenti. Sebbene ciò renda certamente le abitazioni più resilienti alle interruzioni di corrente, comporta comunque un costo aggiuntivo, poiché la maggior parte dei pannelli solari domestici oggi non include questa funzionalità. Statistiche del Dipartimento dell'Energia pubblicate lo scorso anno indicano che circa l'85 percento delle abitazioni dotate di impianti solari è ancora privo di questa caratteristica fondamentale per un'autonomia energetica completa.

Sistemi Isolabili: Come il Solare Può Funzionare in Modo Indipendente Durante i Blackout

I sistemi solari in grado di funzionare in modo indipendente dalla rete elettrica principale combinano speciali inverter con sistemi di accumulo a batteria, permettendo di staccarsi dalla rete in caso di blackout mantenendo comunque l'energia accesa per le esigenze essenziali. Quando questi sistemi rilevano un'anomalia nella connessione alla rete, dei relè intervengono quasi istantaneamente per isolare l'abitazione dalle linee dell'azienda elettrica. Successivamente, il sistema invia l'elettricità prodotta dai pannelli solari attraverso gli avanzati inverter ibridi per ricaricare le batterie e alimentare gli apparecchi necessari. Per ottenere risultati ottimali è fondamentiale bilanciare la quantità di energia prodotta dal sole con quella immagazzinata. La maggior parte delle persone scopre che una batteria da 10 kWh si combina bene con circa 5 kW di pannelli solari, consentendo generalmente di soddisfare i bisogni base per un periodo compreso tra le 12 e le 24 ore, anche nei giorni nuvolosi. Con l'aumento degli incendi boschivi e delle tempeste come fenomeni sempre più comuni, si sta assistendo a un forte incremento nell'adozione di questi sistemi. Circa il 42% di tutti i nuovi impianti solari installati nelle zone soggette a interruzioni di corrente dispone ora della funzionalità di islanding, rispetto al solo 18% del 2020, secondo i dati del Renewable Energy Lab dell'anno scorso.

Sistemi Solari Ibridi: Progettazione per Affidabilità e Indipendenza dalla Rete

Combinazione di Connessione alla Rete con Architettura di Sistema Energetico Solare Pronta per i Blackout

I sistemi solari ibridi combinano la normale connessione alla rete con accumulo in batteria e controlli intelligenti, in modo da continuare a funzionare anche in caso di interruzione dell'energia. Questi non sono come i comuni sistemi connessi alla rete che vediamo ovunque. Dispongono infatti di un sistema di gestione dell'energia (Energy Management System - EMS) che passa automaticamente tra l'elettricità convenzionale, l'energia solare prodotta in quel momento e quella immagazzinata nelle batterie. Ad esempio, si consideri un impianto in cui una persona installa pannelli solari insieme a batterie al litio-ione e un inverter speciale certificato secondo gli standard UL 1741. Un simile sistema può letteralmente scollegarsi dalla rete principale durante i blackout, continuando però ad alimentare gli apparecchi essenziali. Un rapporto recente sulle tendenze delle energie rinnovabili dello scorso anno ha mostrato che, se configurato correttamente, questi sistemi ibridi riducono del 92 percento la probabilità che le abitazioni subiscano un'interruzione totale dell'alimentazione rispetto all'uso di soli pannelli solari senza alcun sistema di backup. Le componenti principali necessarie per questo tipo di installazione sono tipicamente:

• Inverter bifacciali che consentono una transizione senza interruzioni tra fonti energetiche
• Gestione Intelligente della Batteria dando priorità ai circuiti essenziali durante interruzioni prolungate
• Capacità di formazione della rete che stabilizzano la tensione senza supporto da parte del gestore

Caso di studio: Installazioni solari ibride in aree della California soggette a incendi boschivi

La Sonoma County è diventata un caso di studio per la resilienza energetica dopo che gli incendi boschivi hanno causato interruzioni dell'energia elettrica per oltre 14.000 ore in tutta la contea solo lo scorso anno. Secondo i dati della California Energy Commission pubblicati all'inizio di quest'anno, le famiglie che hanno installato impianti solari ibridi hanno visto ridurre il tempo di interruzione dell'energia di circa l'83% ogni anno rispetto a quelle che dipendono esclusivamente dalla rete elettrica. Prendiamo come esempio una particolare abitazione analizzata: era dotata di una batteria da 15 kWh abbinata a pannelli solari da 10 kW. Quando sono state attivate le interruzioni di corrente per motivi di sicurezza pubblica, questo sistema ha mantenuto in funzione il frigorifero, alimentato apparecchiature mediche essenziali e garantito persino capacità di comunicazione di base per tre giorni consecutivi. I numeri raccontano una storia interessante: questi tipi di sistemi ibridi rappresentano ormai quasi la metà (circa il 41%) di tutte le nuove installazioni solari nelle aree ad alto rischio di incendi. I governi locali hanno introdotto normative edilizie aggiornate, mentre le compagnie assicurative offrono tariffe migliori per le proprietà dotate di sistemi di alimentazione di backup, creando quella che molti considerano una situazione vantaggiosa sia per la sicurezza che per i risparmi a lungo termine.

Domande Frequenti

Perché i sistemi di energia solare si spengono durante i blackout?

I sistemi di energia solare connessi alla rete si spengono durante i blackout per evitare che l'elettricità fluisca verso linee elettriche inattive, garantendo la sicurezza degli operatori dell'azienda elettrica. Questo viene ottenuto attraverso un meccanismo di sicurezza denominato protezione anti-isola.

Possono i sistemi solari funzionare autonomamente durante i blackout?

Sì, i sistemi solari dotati di inverter grid-forming e di accumulo con batterie possono funzionare autonomamente durante i blackout. Questi sistemi possono creare una microrete, consentendo loro di fornire energia ad apparecchiature essenziali anche quando la rete principale è fuori servizio.

Qual è il vantaggio dei sistemi solari ibridi?

I sistemi solari ibridi combinano la connessione alla rete con lo stoccaggio in batteria e controlli intelligenti, permettendo loro di mantenere l'alimentazione durante i blackout. Questi sistemi offrono maggiore affidabilità e indipendenza rispetto ai comuni sistemi connessi alla rete.

Come forniscono energia di backup le batterie solari?

Le batterie solari immagazzinano l'energia in eccesso prodotta durante il giorno per essere utilizzata di notte o in caso di interruzione dell'alimentazione. Si attivano automaticamente quando la fornitura di energia elettrica principale è interrotta, alimentando dispositivi essenziali come frigoriferi e apparecchiature mediche.