Cavi PV o cavi batteria sulla lunga distanza: quale perde meno?

Negli impianti off-grid i pannelli raramente stanno proprio accanto alle batterie. La scelta del cavo che copre la distanza fa la differenza.

Risposta breve: Quando i pannelli solari sono a piu di pochi metri dal banco batterie, metti il regolatore di carica MPPT vicino alle batterie e porta un cavo PV ad alta tensione dai pannelli al regolatore. Collega i pannelli in serie per ottenere la tensione di stringa piu alta consentita dal regolatore. Questa configurazione usa molto meno rame, produce meno perdite ed e piu economica e semplice da installare rispetto a lunghi cavi batteria a bassa tensione.

In sintesi

• Le perdite nel cavo scalano col quadrato della corrente, non con la tensione. Tensione piu alta a pari potenza significa perdite drasticamente minori.
• Collegare i pannelli in serie aumenta la tensione di stringa (tipicamente 60-150 V sui MPPT comuni) e riduce la corrente nella stessa proporzione.
• Raddoppiare la tensione di stringa riduce le perdite del cavo di un fattore quattro, a parita di sezione.
• Un array da 600 W su 30 m andata e ritorno richiede circa 35 mm2 a 12 V, ma solo 4 mm2 a 100 V di tensione di stringa, per la stessa caduta del 3 per cento.
• I regolatori MPPT sono progettati proprio per convertire efficientemente tensione DC alta verso la tensione di batteria.
• Il regolatore ha bisogno di un riferimento di tensione di batteria accurato, impossibile con un lungo cavo a bassa tensione sotto carico.

La regola pratica

Se i pannelli non sono nello stesso vano delle batterie, il regolatore sta accanto alle batterie e il cavo PV, non il cavo batteria, copre la lunga distanza.

Vale per quasi tutti gli impianti off-grid, camper, barca, capanno o garage separato sotto i pochi kilowatt. Le eccezioni sono impianti molto grandi o distanze molto lunghe con inverter di stringa grid-tie o bus DC ad alta tensione.

Perche vince il PV ad alta tensione

La caduta di tensione in un cavo DC segue una formula semplice:

caduta (V) = 2 x lunghezza (m) x corrente (A) x resistivita / sezione (mm2)

Due conseguenze:

1. La corrente domina. La caduta e proporzionale alla corrente. La potenza persa nel cavo e proporzionale al quadrato della corrente.
2. La tensione della sorgente non compare nella formula. Ma potenza = tensione x corrente, quindi a pari potenza una tensione piu alta significa meno corrente e perdite al quadrato piu basse.

Esempio: 600 W, 15 m solo andata

Configurazione	Tensione sorgente	Corrente	Cavo per 3%	Rame relativo
Regolatore ai pannelli, cavo batteria al banco	12 V	50 A	~35 mm2	1.0x
Regolatore ai pannelli, cavo batteria al banco	24 V	25 A	~16 mm2	0.46x
Regolatore ai pannelli, cavo batteria al banco	48 V	12.5 A	~6 mm2	0.17x
Regolatore alle batterie, cavo PV dai pannelli	100 V stringa	6 A	~4 mm2	0.11x

L'opzione PV ad alta tensione usa meno di un ottavo del rame rispetto alla versione 12 V per la stessa potenza, distanza e perdita. Ed e anche molto piu leggera, economica e facile da far scorrere in tubazione o trincea.

Perche non mettere il regolatore ai pannelli?

Sembra comodo, ma crea tre problemi:

1. I cavi batteria trasportano la corrente peggiore. A 12 V, 600 W di carica = 50 A. Servono rame spesso, fusibili, capicorda e sezionatori grossi ai due estremi.
2. Il riferimento di tensione e falsato. L'algoritmo MPPT ha bisogno di una lettura precisa della tensione di batteria per gestire bulk, absorption e float. Un lungo cavo batteria sotto carico introduce un errore e provoca cariche cronicamente insufficienti o eccessive.
3. I fili di misura e controllo devono comunque coprire la distanza. Sonda di temperatura, shunt e display remoto aggiungono altre linee.

Quando la regola non vale

Scegli il cavo batteria solo in questi casi:

• Distanza sotto circa 2 m.
• Singolo pannello a bassa tensione con piccolo regolatore PWM integrato.
• Inverter di stringa grid-tie con ingresso 200-600 V DC: la lunga distanza e gia ad alta tensione per costruzione.
• Normativa locale che vieta DC ad alta tensione nel percorso previsto.

Sicurezza e normativa

• Usa cavo certificato UV e per servizio DC solare, in Europa H1Z2Z2-K.
• Installa un sezionatore DC idoneo e fusibili PV correttamente dimensionati ai due estremi.
• Verifica la massima tensione d'ingresso del MPPT alla temperatura piu fredda attesa, non a 25 gradi. I pannelli freddi producono il 15-25 per cento in piu di tensione a vuoto.
• In trincea usa tubo interrabile, rispetta la profondita prescritta, separa i percorsi DC e AC.
• Collega i telai dei pannelli a terra in un unico punto equipotenziale.

Decidere in cinque minuti

1. Misura la distanza andata e ritorno tra le due posizioni possibili.
2. Prendi la tensione d'ingresso massima del MPPT corretta per la temperatura piu fredda come tensione di stringa obiettivo.
3. Calcola la corrente a quella tensione: corrente = potenza / tensione di stringa.
4. Calcola la corrente alla tensione di batteria per confronto.
5. Dimensiona un cavo per ciascun caso al 3 per cento di caduta e confronta. Vincera quasi sempre la soluzione PV.

Domande frequenti

Meglio cavo PV o cavo batteria sulla lunga distanza? Cavo PV. Regolatore vicino alle batterie, cavo PV ad alta tensione dai pannelli. Tensione piu alta a pari potenza = meno corrente = perdite al quadrato piu basse.

Cambia con 24 V o 48 V? Il vantaggio del lato PV diminuisce ma resta chiaro oltre i 10 m di distanza.

Che sezione per 8-15 m di cavo PV? Per impianti 400-800 W a 80-150 V di stringa bastano quasi sempre 4-6 mm2 al 3 per cento di caduta.

Posso mettere i pannelli sul garage e le batterie in casa? Si, e il caso classico. Pannelli al sole, regolatore e batterie vicino ai carichi, cavo PV in tubazione interrata tra i due.

Vale anche per micro-inverter o grid-tie? Quei sistemi portano gia AC o DC ad alta tensione sulla distanza. Questo articolo tratta impianti off-grid e ibridi DC con regolatore di carica.

Conclusione

Per qualsiasi impianto off-grid o ibrido con distanza tra array e banco batterie, la configurazione ottimale e: pannelli in serie, cavo PV sulla lunga distanza, regolatore MPPT accanto alle batterie. Meno rame, meno perdite, algoritmo di carica preciso, installazione piu economica e semplice.

Per saltare i calcoli manuali, gli strumenti VoltPlan confrontano le due configurazioni a fianco in base a distanza, potenza e tensione di batteria.