Riscaldamento solare

Come un diverter modula la potenza invece di commutarla

Un relè può solo accendere o spegnere completamente una resistenza da 3 kW. Se l'eccedenza è di 900 W, l'accensione comporta l'importazione di 2100 W dalla rete, mentre lo spegnimento comporta l'esportazione di 900 W. Un diverter evita questo problema variando continuamente la potenza erogata.

• Il controllo a treni d'impulsi (burst-fire) lascia passare interi cicli di rete e ne salta altri, commutando solo al passaggio per lo zero. Basso rumore elettrico, ideale per carichi puramente resistivi.
• Il controllo di fase attiva il triac a metà di ogni semionda. Risoluzione maggiore, ma genera più armoniche e richiede un filtraggio adeguato.
• La velocità di regolazione è più importante della precisione teorica. Un'unità che reagisce in uno o due secondi segue il passaggio di una nuvola o l'accensione di un bollitore senza esportare picchi di energia.
• Margine di potenza: il diverter deve essere dimensionato per la potenza nominale dell'elemento, non per l'eccedenza media. Un elemento da 3 kW richiede un'uscita nominale da 3 kW, anche se raramente lavora a pieno regime.

Perché il contatore deve essere posizionato nel punto di connessione

Il diverter regola l'energia per raggiungere l'obiettivo di esportazione zero, quindi necessita di una misurazione con segno di importazione ed esportazione, non della produzione. Tale misurazione proviene da un trasformatore di corrente (CT) sui cavi di ingresso principali o da un energy meter Modbus installato nella stessa posizione, a monte di ogni carico e del collegamento dell'inverter. Misurare all'inverter, o a valle di un sottocircuito, fornisce un valore che non ha alcuna relazione con ciò che rileva il contatore dell'operatore di rete.

• L'orientamento del CT determina il segno. Una pinza montata al contrario farebbe riscaldare l'unità in fase di importazione e resterebbe inattiva in fase di esportazione.
• Le alimentazioni trifase richiedono tre CT o un contatore trifase. Il fatto che l'eccedenza su una fase compensi il consumo su un'altra dipende da come il contatore dell'operatore di rete effettua il nettarifaggio delle fasi nel proprio paese.
• Misurazione condivisa: se un inverter con batteria, una wallbox e un diverter misurano separatamente, potrebbero andare in conflitto tra loro. È preferibile un unico contatore che alimenti il sistema tramite un collegamento dati.

Compatibilità dell'elemento e riutilizzo della resistenza esistente

L'uscita di un diverter è destinata esclusivamente a carichi puramente resistivi. La maggior parte delle resistenze standard da 2 a 3 kW con termostato meccanico sono idonee e possono essere riutilizzate così come sono, il che rende l'aggiornamento economico.

• Idonei: elementi a resistenza semplice con termostato a capillare e distacco termico, su un circuito dedicato con propria protezione RCD.
• Non idonei: elementi con termostati elettronici o schede di controllo PTC, scaldacqua a pompa di calore e qualsiasi carico induttivo o a commutazione. Le forme d'onda modulate danneggiano l'elettronica di controllo.
• Controllo delle condizioni: un forte deposito di calcare sull'elemento ne aumenta la temperatura superficiale e ne accorcia la durata. Nelle zone con acqua dura, ispezionare o sostituire prima della messa in servizio.
• Cablaggio: mantenere il termostato e l'interruttore di sicurezza originali nel circuito come limite di sicurezza. Il diverter modula la potenza, non sostituisce la protezione termica.

Elementi riscaldanti monofase e trifase

Gli elementi del bollitore possono essere una resistenza monofase, tipicamente da 2 o 3 kW, oppure un gruppo di tre elementi collegati a stella, tipicamente 3 x 2 kW per un totale di 6 kW. Le due configurazioni richiedono diverter differenti.

• Diverter monofase con elemento monofase è l'aggiornamento più semplice e comune, e copre la maggior parte degli eccedenze domestiche fino a circa 3 kW.
• Diverter trifase modula ogni fase separatamente e può assorbire 6 kW o più. È adatto a impianti più grandi e bollitori commerciali, e carica l'alimentazione in modo simmetrico.
• Configurazione mista: un gruppo a tre elementi può essere ricablato in modo che un solo elemento sia alimentato da un diverter monofase, lasciando gli altri al contattore convenzionale per la funzione boost.
• Sbilanciamento di fase: scaricare 3 kW su una singola fase di un'alimentazione trifase è elettricamente accettabile, ma verificare che non superi il limite di connessione di quella fase.

Dimensionamento del bollitore rispetto all'eccedenza giornaliera

Il riscaldamento dell'acqua richiede circa 1,16 Wh per litro per kelvin. Portare 200 litri da 15 °C a 60 °C richiede quindi circa 10,4 kWh, mentre un bollitore da 300 litri per lo stesso salto termico assorbe circa 15,7 kWh. Confrontate questo dato con l'eccedenza che l'impianto esporta effettivamente in una giornata serena, non con la sua potenza di picco.

• Bollitore troppo piccolo: raggiunge il setpoint del termostato entro mezzogiorno e il resto dell'eccedenza torna in rete.
• Bollitore troppo grande: l'eccedenza non raggiunge mai una temperatura utile, le perdite di mantenimento aumentano e il riscaldamento boost deve comunque completare il lavoro.
• Regola empirica: una famiglia che esporta da 8 a 12 kWh in una giornata estiva è ben abbinata a un bollitore da 200-300 litri con un buon isolamento.
• Stratificazione: un elemento nel terzo inferiore riscalda tutto il volume lentamente, un elemento posizionato più in alto fornisce acqua calda utilizzabile più rapidamente anche con una piccola eccedenza.

Priorità rispetto alla batteria e legionella

L'elettricità in eccedenza ha più valore in una batteria che in un bollitore, poiché l'energia immagazzinata può alimentare qualsiasi carico in seguito, mentre il calore può essere solo acqua calda. L'ordine usuale è: prima i carichi domestici, poi la carica della batteria, quindi il riscaldamento dell'acqua e infine l'esportazione. Molti sistemi deviano l'energia solo sopra uno stato di carica impostato, ad esempio l'80 %, così che il bollitore assorba ciò che la batteria non richiede più.

Non ci si può affidare a un diverter per raggiungere la temperatura di pastorizzazione perché, in una settimana nuvolosa, potrebbe non portare mai il bollitore sopra i 45 °C, che è l'intervallo in cui si moltiplica la Legionella. Programmate un ciclo periodico ad alta temperatura di almeno 60 °C tramite la fonte di calore convenzionale, una caldaia, una pompa di calore o il circuito di immersione temporizzato, tipicamente una volta a settimana, e mantenete attivi il termostato del bollitore e la valvola miscelatrice.

Diverter o uscita a relè dell'inverter

Molti inverter ibridi e connessi alla rete dispongono di un contatto a secco multifunzione o di un'uscita controllabile che si chiude quando l'eccedenza supera una soglia per un tempo prestabilito. È una soluzione più economica poiché non è necessario un diverter separato, ma agisce tramite commutazione anziché modulazione.

• Uscita a relè intelligente: accensione e spegnimento con soglia e isteresi, che azionano un teleruttore. Semplice e adeguata laddove le eccedenze siano elevate e costanti.
• Controller per il riscaldamento del produttore: dispositivo di modulazione legato a un unico ecosistema di inverter, controllato tramite lo stesso bus dati, con monitoraggio completo nel portale dell'inverter.
• Diverter indipendente: agnostico rispetto al marchio, funziona con qualsiasi impianto esistente e continua a operare anche in caso di sostituzione dell'inverter.

Confronto tra le opzioni di controllo per il riscaldamento da eccedenze

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