Negli ultimi anni si è assistito all’installazione sempre crescente di impianti fotovoltaici al fine di ridurre i consumi energetici. Il fotovoltaico, pur essendo una tecnologia molto costosa, permette di ottenere interessanti vantaggi. Le tecnologie, inoltre, sono nettamente migliorate, il prezzo è diminuito. l’efficienza delle celle è aumentata ed è possibile trovare molti componenti e guide su come realizzare in modo autonomo un intero impianto di generazione sfruttando il sole come fonte di energia. L’inverter è un componente essenziale in questo sistema, ma prima di poter comprendere appieno la sua utilità è necessario un breve excursus sul funzionamento dell’energia elettrica.
Come Funziona la Corrente Elettrica
L’elettricità è uno dei tanti modi di rappresentare l’energia ed è altamente utile al funzionamento dei moderni apparecchi tecnologici; le altre forme sono il calore, la forza cinetica, il magnetismo e via dicendo. La corrente elettrica sfrutta il transito di elettroni attraverso gli atomi di un conduttore per raggiungere un punto con carica maggiore. A livello atomico, gli elettroni (carica negativa) tendono sempre ad essere in un corretto bilanciamento con i protoni nel nucleo (carica positiva), così da avere un elemento neutro. Se sono presenti meno elettroni rispetto ai protoni, l’atomo è caricato positivamente e altri elettroni tenderanno a spostarsi nell’orbita dello stesso atomo per bilanciare la carica; in questo modo si verifica il fenomeno della corrente elettrica.
Prima di entrare nello specifico, è utile precisare che tutti i dispositivi funzionanti ad energia elettrica (chiamati anche utilizzatori) non consumano le cariche elettriche (pur usando questo termine per comprendere quando un elettrodomestico influisca nella bolletta); piuttosto sfruttano l’energia data dal moto degli elettroni per funzionare. Per fare un’analogia, si pensi a un mulino immerso nell’acqua di un fiume; esso non elimina l’acqua dal torrente ma sfrutta la sua corrente, appunto, per girare.
L’energia elettrica si divide in corrente continua (DC) e corrente alternata (AC). La prima si misura solamente attraverso parametri di tensione e corrente. La tensione è la differenza di potenziale fra il punto A e il punto B, percorso che intraprendono gli elettroni durante lo spostamento. Più è alta questa differenza, maggiore è la quantità di elettroni (corrente) che possono fluire nel mezzo trasmissivo (cavo in rame) ogni secondo. Sempre secondo l’analogia del fiume, si può pensare alla tensione come all’inclinazione del letto del fiume; esso può essere immensamente largo e pieno d’acqua, ma è assolutamente innocuo se non ha pendenza poiché l’acqua sarebbe immobile. Un torrente molto ripido in piena, invece, è molto più pericoloso e in esso è presente molta più energia da poter sfruttare.
La corrente alternata segue lo stesso principio di funzionamento, tuttavia è presente un terzo parametro da prendere in considerazione, ossia la frequenza. Questo particolare tipo di energia elettrica, in Italia, varia costantemente la tensione cinquanta volte al secondo (50 Hz) da +310 Volt a – 310 Volt. Può sembrare controintuitivo che possa esistere una tensione negativa, ma la si può comprendere immaginando che il letto del fiume cambi inclinazione continuamente in modo tale che l’acqua proceda sia in avanti che indietro. Quest’ultimo caso non annulla l’energia appena apportata ad un mulino immerso in acqua, semplicemente lo muove in senso opposto. Il valore effettivo dato dall’oscillazione è di 230 Volt.
Cos’è un Inverter
Un inverter è un dispositivo utile a convertire la corrente elettrica continua in alternata, perciò funziona in modo opposto a un alimentatore. Siccome la maggior parte dei dispositivi tecnologici sono elettronici (quindi funzionano a corrente continua) come il PC, la stampante, il televisore, una striscia a LED e via dicendo, è sempre necessario un dispositivo che converta la corrente alternata in continua. Vi sono casi, però, nei quali è necessario utilizzare corrente alternata ma la sorgente è in corrente continua ed è proprio il caso dei pannelli fotovoltaici.
Le celle, infatti, funzionano a una bassa tensione di 12 Volt in corrente continua. La stessa cosa vale per le batterie, tuttavia l’energia deve essere immessa nella rete elettrica di casa per poter essere sfruttata da tutti gli apparecchi che possono essere collegati a una qualsiasi presa. Ecco che, quindi, interviene l’inverter. Esso si presenta come un dispositivo di dimensione proporzionale alla potenza massima erogabile e spesso è raffreddato attivamente da una ventola. Nel caso di un impianto fotovoltaico dimensionato per un contatore da 3 kW, un buon inverter può essere grande quanto un televisore da 30 pollici e pesare circa 10 chili.
Come Funziona, Tipologie e Quale Scegliere
Innanzitutto l’inverter deve essere collegato alle batterie dalle quali deriva l’energia ricavata dalla luce solare. Può anche essere connesso direttamente alla rete di pannelli ma potrebbe dare vita a dei problemi di natura progettuale: se all’inverter è connesso direttamente un carico di una certa portata, esso funziona solamente se l’energia ricavata dalle celle è maggiore di quella consumata. Ad ogni calo di energia in caso di cielo nuvoloso, ad esempio, tutti di dispositivi connessi si spengono. Le batterie stesse funzionano in corrente continua, come specificato precedentemente, ed è tassativo prestare la massima attenzione nei collegamenti: il positivo dell’inverter (cavo o morsetto di colore rosso) deve combaciare con il positivo della batteria (contrassegnato da un “+”). Il negativo di colore nero deve anch’esso essere collegato al negativo della batteria (simbolo “-“).
A questo punto l’inverter è pronto alla generazione di corrente elettrica alternata a 230 Volt ed è possibile connettere ad esso TV, computer, vari caricabatterie. Si potrebbe pensare di collegarlo direttamente all’impianto di casa così che l’energia venga sfruttata da ogni elettrodomestico connesso, ma c’è un grande problema: la corrente generata è fuori fase rispetto a quella della rete elettrica e se fosse collegato senza un circuito elettrico di sincronizzazione si verificherebbe un cortocircuito. Per raggiungere tale scopo, a meno che non si abbia una laurea in elettrotecnica tale da permettere la progettazione di un circuito simile, ci si può affidare ai cosiddetti inverter plug-and-play. Essi, oltre ad essere collegati alle batterie, prevedono il collegamento a una qualsiasi delle prese elettriche di casa. L’inverter rileverà automaticamente tutti i parametri di rete e farà in modo che la corrente uscente sia perfettamente sincronizzata, pronta per essere immessa nell’impianto di casa.
La scelta di un inverter dipende necessariamente da tre parametri: potenza, tipologia di applicazione e funzioni. Bisogna innanzitutto valutare le potenze in gioco, sia quelle generate dai pannelli sia quelle dei carichi collegati. Se l’inverter fosse troppo piccolo per l’impianto non sarebbe possibile sfruttarne tutta l’energia e parte andrebbe sprecata. Se i carichi connessi fossero maggiori del suo rating, potrebbe andare in sovraccarico. È importante inoltre conoscere il proprio impianto; un impianto domestico generalmente è monofase, mentre uno industriale è trifase. Si tratta di assunzioni basate su quanto è più comune incontrare ma possono esserci impianti domestici trifase e viceversa, pertanto è necessario prestare attenzione a questo dettaglio prima dell’acquisto.
Le funzioni possono essere molteplici: dalla disponibilità di connetterlo direttamente alla rete di casa (plug-and-play), alla presenza di un circuito dedicato atto al controllo sia dell’impianto di casa sia delle celle e delle batterie, fino alla possibilità di connetterlo a internet tramite cavo o Wi-Fi, così da poterlo controllare via smartphone e di poter visualizzare consumi, efficienza, produzione e altri utili parametri. Inverter più potenti e con numerose funzioni hanno il vantaggio di semplificare notevolmente la vita nella durante l’utilizzo dell’impianto e di poter garantire un certo grado di sicurezza. Chiaramente il costo è maggiore, dipendentemente anche dall’efficienza di conversione dell’energia.
Manutenzione dell’Inverter
L’inverter deve obbligatoriamente essere controllato ogni cinque anni se la sua potenza è superiore agli 11,08 kW. In caso di potenza inferiore la manutenzione è comunque raccomandata. In particolare vanno controllate l’efficienza, la regolarità della corrente in uscita e la validità dei sistemi di protezione. Naturalmente deve essere un tecnico specializzato a condurre tali verifiche, tuttavia inverter moderni con funzionalità Wi-Fi spesso integrano un sistema di autodiagnosi in grado di comunicare tramite l’app eventuali malfunzionamenti.