Metodo MPPT senza sensore di corrente con gestione della batteria per sistemi monofase isolati basati su fotovoltaico

Energia solare più intelligente per la vita off‑grid

Sempre più abitazioni, aziende agricole e strutture remote passano all’energia solare; resta però una domanda importante: come estrarre la massima elettricità dai pannelli mantenendo le batterie in salute e contenendo i costi? Questo articolo presenta un nuovo modo di gestire sistemi solari stand‑alone che evita parte della complessità tipica dell’hardware e delle misure, pur catturando quasi tutta l’energia disponibile e controllando in modo sicuro la carica delle batterie.

Come funzionano oggi i sistemi solari isolati

Un tipico impianto solare di piccola taglia comprende un campo di pannelli, elettronica che innalza e regola la tensione dei pannelli, un banco di batterie per la notte e i periodi nuvolosi e un inverter che trasforma la corrente continua nella comune corrente alternata domestica. Per ottenere il massimo dai pannelli, una routine di controllo sposta continuamente il loro punto di lavoro verso il cosiddetto “punto dolce” dove la potenza erogata è massima. Questa attività, nota come inseguimento del punto di massima potenza, di solito si basa sulla misura in tempo reale sia della tensione sia della corrente dei pannelli. Sensori aggiuntivi e il loro cablaggio però aumentano i costi, introducono rumore elettrico e complicano il progetto, specialmente nei sistemi off‑grid di piccole dimensioni dove budget e spazio sono limitati.

Trovare il punto dolce senza misurare la corrente

Gli autori propongono una variazione di una routine di inseguimento molto usata chiamata “perturba e osserva”. Invece di misurare sia tensione sia corrente, il nuovo metodo misura direttamente solo la tensione dei pannelli e calcola la corrente dei pannelli in modo indiretto, sfruttando proprietà note del convertitore elettronico che si trova tra i pannelli e il resto del sistema. Monitorando come la tensione su un’induttanza all’interno di questo convertitore sale e scende durante la commutazione, il controllore può dedurre con buona precisione la corrente media dei pannelli. Con questa corrente stimata accoppiata alla tensione misurata, l’algoritmo può comunque cercare il punto di massima potenza, ma senza un sensore di corrente dedicato e la relativa circuiteria di supporto. Simulazioni e esperimenti mostrano che la corrente stimata rimane entro circa l’uno‑tre percento del valore reale, sufficiente per un controllo preciso.

Aumentare la tensione e smorzare le fluttuazioni

Per sfruttare al meglio questo approccio senza sensori, il sistema utilizza un particolare convertitore boost “interleaved” che combina due stadi di commutazione lavorando fuori fase. Insieme innalzano la spesso bassa e variabile tensione dei pannelli a un valore molto più alto e quasi costante, adatto come bus in corrente continua condiviso. Questo progetto raddoppia approssimativamente il guadagno di tensione utilizzabile rispetto a un semplice boost a stadio singolo e attenua le fluttuazioni di corrente sovrapponendo le forme d’onda di ciascuna gamba. In pratica ciò significa meno stress elettrico, filtri più piccoli e un’operazione più stabile, elementi che aiutano l’algoritmo di inseguimento a rispondere rapidamente ai cambiamenti di irraggiamento senza disturbare il resto del sistema.

Mantenere la batteria nella sua zona di comfort

Oltre al controllo dei pannelli, il lavoro integra anche una strategia di gestione della batteria in modo che lo stesso sistema possa decidere automaticamente quando caricare, scaricare o riposare il banco batterie. Un convertitore bidirezionale separato fornisce isolamento elettrico e può trasferire potenza in entrambe le direzioni tra il bus ad alta tensione e un pacco batterie a tensione più bassa. Il controllore confronta costantemente quanta potenza i pannelli potrebbero erogare al loro punto ottimale con quanta potenza richiedono al momento i carichi. Quando la potenza solare supera la domanda e la batteria non è piena, il surplus viene indirizzato alla carica; quando la domanda supera quanto il sole può fornire, il convertitore passa in modalità boost e la batteria contribuisce a sostenere il carico. Sei scenari di funzionamento coprono tutto, dalla carica sotto pieno sole all’alimentazione notturna e persino allo spegnimento sicuro quando né i pannelli né la batteria possono sostenere il carico.

Prestazioni nel mondo reale e perché sono importanti

Modelli al computer e test di laboratorio con qualche centinaio di watt di pannelli e batterie mostrano che il nuovo schema di controllo mantiene il bus principale in corrente continua quasi costante pur seguendo rapidi cambiamenti di irraggiamento. Dopo una variazione a gradino del livello di luce, il sistema si stabilizza nel nuovo punto di massima potenza in circa 50–100 millisecondi, più velocemente di molte soluzioni standard, e con solo piccole ondulazioni di potenza intorno all’ottimo. L’efficienza misurata raggiunge circa il 96% per lo stadio di aumento di tensione e il 94% per l’inverter, mentre l’efficienza complessiva dell’inseguimento è stimata vicino al 99,4%. Per il lettore non tecnico, il messaggio è che questo progetto può fornire quasi ogni watt utile che i pannelli possono produrre, con qualità di potenza pulita e batterie ben gestite, ma con hardware più semplice ed economico. Questa combinazione lo rende un’opzione interessante per installazioni solari off‑grid sensibili ai costi, dove affidabilità ed efficienza sono entrambe fondamentali.

Citazione: Genc, N., Uzmus, H., Kalimbetova, Z. et al. Current sensorless MPPT method with battery management for PV based single phase standalone system. Sci Rep 16, 9107 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40097-2

Parole chiave: energia solare, alimentazione off-grid, accumulo su batteria, elettronica di potenza, inseguimento del punto di massima potenza