Come Dimensionare Un Inverter Fotovoltaico

1) Il Dimensionamento Di Un Inverter In Un Sistema Fotovoltaico

L’inverter è il cuore elettronico di ogni impianto fotovoltaico, essendo il componente incaricato di convertire la corrente continua generata dai pannelli (o dalle batterie, in un impianto stand-alone) in corrente alternata utilizzabile dagli apparecchi elettrici o immessa nella rete. Proprio per questo ruolo centrale, il corretto dimensionamento dell’inverter è fondamentale sia per assicurare l’efficienza complessiva dell’impianto, sia per garantire una lunga durata del sistema.

Nel caso di impianti stand-alone, cioè non connessi alla rete e dotati di batterie di accumulo, l’inverter deve essere selezionato tenendo conto del carico massimo che dovrà alimentare in qualsiasi momento. Questo include sia la potenza assorbita in regime continuo, sia gli eventuali picchi di assorbimento all’accensione di carichi induttivi, come compressori di frigoriferi, motori elettrici, pompe idrauliche e condizionatori. In generale, un buon dimensionamento prevede che la potenza dell’inverter sia almeno del 25-30% superiore alla potenza di picco del carico, in modo da sopportare senza difficoltà anche gli spunti iniziali.

Per i carichi non resistivi – come i motori – bisogna prestare attenzione ai cosiddetti picchi di spunto, che possono richiedere una potenza anche 3 volte superiore al valore nominale durante l’avvio. In questi casi, un inverter sottodimensionato può facilmente andare in blocco, interrompendo il funzionamento dell’intero sistema. Alcuni inverter sono progettati per supportare brevi sovraccarichi (ad es. per 3–15 secondi), proprio per assorbire queste richieste.

Nei sistemi fotovoltaici connessi alla rete elettrica (grid-connected), non essendoci le batterie e i regolatori di carica, l’inverter viene collegato direttamente ai pannelli fotovoltaici. In questo contesto, la potenza nominale dell’inverter dovrebbe essere pari a quella del campo fotovoltaico, o leggermente inferiore in alcune configurazioni (sovradimensionamento lato DC), per ottimizzare la resa in relazione all’irraggiamento effettivo.

In entrambi i casi, è imprescindibile che la tensione nominale dell’inverter sia compatibile con quella dell’impianto, che nei sistemi stand-alone può essere 12 V, 24 V o 48 V, mentre nei sistemi connessi in rete è generalmente più alta (150–1000 V DC in ingresso, 230/400 V AC in uscita).

2) Come Scegliere La Potenza Adatta Dell’Inverter

Il costo di un inverter rappresenta una quota non trascurabile dell’investimento complessivo in un impianto fotovoltaico, e può oscillare tra il 10% e il 20% del totale, a seconda della tecnologia e della configurazione scelta. È quindi fondamentale scegliere il modello e la potenza più adatti alle proprie esigenze.

Per un impianto domestico connesso in rete da 3 kW, sarà tipicamente installato un inverter da 3 kW nominali. Tuttavia, è pratica comune installare un inverter leggermente sovradimensionato (ad esempio 3,3 o 3,6 kW), in modo da compensare le perdite di efficienza che si verificano nei giorni più assolati e per far fronte all’invecchiamento dei moduli nel tempo. In alternativa, si può installare un inverter leggermente sottodimensionato (2,5–2,8 kW) se si prevede un irraggiamento non ottimale (ad esempio, pannelli orientati a est/ovest o in zone montuose), ottenendo in questo modo un funzionamento più efficiente nelle ore centrali della giornata.

Nei sistemi stand-alone, è fondamentale distinguere tra:

Potenza nominale continua dell’inverter, ossia la potenza che può erogare per un tempo illimitato;
Potenza di picco, cioè la potenza che l’inverter può fornire per alcuni secondi in caso di richieste elevate;
Efficienza di conversione, che varia tra l’88% e il 96%, e che incide direttamente sulla quantità di energia effettivamente disponibile all’utenza.

Per esempio, un inverter da 2000 W nominali con potenza di picco 4000 W può alimentare regolarmente carichi resistivi fino a 2000 W, ma anche avviamenti di compressori o motori da 1300–1500 W senza spegnersi, a condizione che il picco duri pochi secondi.

Attenzione: un inverter di bassa qualità, anche se nominalmente adeguato, può avere un’efficienza scarsa o essere incapace di gestire correttamente i carichi induttivi, danneggiandosi nel tempo. È quindi preferibile orientarsi verso marchi affidabili e modelli certificati CEI 0-21 (per connessione alla rete) o CEI EN 62109-1/-2 per gli stand-alone.

3) Quanti Inverter Dobbiamo Usare?

La configurazione dell’inverter varia sensibilmente in base alla dimensione dell’impianto. Nei piccoli impianti fotovoltaici domestici (da 1 a 6 kW), è comune l’uso di un singolo inverter centralizzato. In alternativa, si possono utilizzare microinverter, uno per ciascun pannello, particolarmente indicati per tetti con ombreggiamenti parziali o orientamenti differenti, poiché ottimizzano singolarmente il rendimento di ogni modulo.

Per impianti di medie o grandi dimensioni (dai 10 kW in su), è preferibile adottare un’architettura modulare, con più inverter suddivisi per stringhe. Questa soluzione offre numerosi vantaggi:

Maggiore affidabilità: in caso di guasto di un inverter, gli altri continuano a funzionare;
Flessibilità d’installazione: possibilità di adattarsi a differenti orientamenti del campo fotovoltaico;
Riduzione delle perdite per disallineamenti o mismatch;
Manutenzione più semplice: ogni modulo inverter è indipendente.

Ad esempio, un impianto da 60 kW può essere suddiviso in 6 sottocampi da 10 kW ciascuno, ognuno con il proprio inverter. In questo modo si riducono anche le correnti in gioco, il che permette di usare cavi più sottili e di minimizzare le perdite ohmiche.

Un’ulteriore possibilità è rappresentata dagli inverter ibridi, che integrano un regolatore di carica e un sistema di gestione delle batterie, utili nei sistemi di autoconsumo con accumulo, sia on-grid che off-grid.

4) Componenti Accessori Di Un Inverter

Un inverter, per quanto sofisticato, non è mai un sistema isolato: per funzionare in sicurezza ed efficienza ha bisogno di una serie di accessori e componenti di contorno, che completano l’impianto. Vediamoli nel dettaglio.

Cavi DC di grande sezione: indispensabili nei sistemi a bassa tensione (12–48 V) per evitare surriscaldamenti e cadute di tensione. I cavi devono essere resistenti ai raggi UV e alla fiamma, con certificazione CE.
Fusibili o interruttori automatici in ingresso: servono a proteggere l’inverter da sovracorrenti che potrebbero danneggiare i circuiti interni. Devono essere facilmente accessibili e dimensionati in base alla corrente massima prevista.
Shunt di misura: è una resistenza a basso valore, posta sul polo negativo della linea DC, che permette di misurare accuratamente la corrente in transito. Collegato a un monitor o a un regolatore, consente di controllare l’assorbimento e le prestazioni dell’inverter in tempo reale.
Interruttori differenziali e magnetotermici in uscita: nei sistemi connessi alla rete o destinati ad alimentare più utenze, sono indispensabili per garantire la sicurezza elettrica dell’impianto in caso di corto circuito, sovraccarico o dispersione.
Sistema di messa a terra: obbligatorio per legge, deve proteggere le persone da eventuali guasti a massa e scariche atmosferiche. Il conduttore di terra deve essere dimensionato in base alla normativa CEI 64-8.
Protezione da sovratensioni (SPD): in zone soggette a fulmini, è raccomandabile (e spesso obbligatorio) l’uso di scaricatori di sovratensione sia lato DC (tra pannelli e inverter) che lato AC (tra inverter e rete elettrica).

Infine, per ottimizzare le prestazioni, è sempre consigliabile installare l’inverter in un luogo ben ventilato, asciutto e lontano da fonti di calore, evitando così surriscaldamenti eccessivi e migliorando la durata del dispositivo.

5) Dimensionamento Sommario Di Un Impianto Fotovoltaico Ad Isola

Per comprendere meglio come si dimensiona un inverter (e l’intero impianto) in un sistema stand-alone, consideriamo un esempio pratico.

Scenario:

Supponiamo di voler alimentare un piccolo impianto elettrico (luci, radio, laptop) con un consumo giornaliero di 1 kWh, utilizzando un impianto da 12 V.

Carico: 100 W continui per 10 ore/giorno = 1.000 Wh (1 kWh/giorno).
Corrente assorbita: I = P/V = 100 W / 12 V = 8,3 A.

L’inverter dovrà gestire un carico continuo di almeno 100 W e picchi di 200–250 W. Si consiglia un inverter da 300 W continui, con potenza di picco da 600 W.

La batteria necessaria, considerando un’autonomia di 2 giorni e un DOD (profondità di scarica) del 50%, dovrà avere:

Energia necessaria: 1 kWh × 2 = 2 kWh.
Capacità utile: 2.000 Wh / 12 V = 166 Ah.
Batteria da 250–300 Ah a 12 V consigliata.

Per la produzione:

In piena estate (luglio), un modulo da 180 W produce circa 4,5–5,0 kWh/giorno.
In inverno (dicembre), la produzione scende a 1,2–1,5 kWh/giorno.

Quindi servono almeno 3–4 moduli da 180 W per garantire la copertura invernale. In totale, si installerà un campo FV da 540–720 Wp, con i pannelli connessi in parallelo (stessa tensione, aumento di corrente).

Il regolatore di carica (MPPT) deve essere dimensionato per una corrente di almeno 20–25 A lato batteria.

Questo esempio illustra come la scelta dell’inverter non può essere disgiunta da quella delle batterie, dei pannelli e degli altri componenti, e come il corretto dimensionamento influenzi direttamente l’affidabilità e l’autonomia del sistema.