Io ho il pannello solare sul tetto ! Vuoi un applauso adesso ? – La solita domanda che apre molti dei miei articoli è rivolta a me stesso in questo caso, ma questa introduzione non è affatto stupida come potrebbe sembrare. Ci voglio mettere la testa e voglio capire cos’è un impianto fotovoltaico – dato che pare sia di moda anche per le proprie abitazioni, tutti lo vogliono e di informazioni su internet se ne trovano tantissime. Allora aggiungiamo anche questo articolo alla collezione, ma: io voglio scriverlo da neofita a neofita. Pochi fronzoli e, spero, tanta sostanza. Iniziamo:
Quali sono i segreti del fotovoltaico in Camper ?
Di base non c’è nessun segreto e, per dirla male: c’è un astro nel cielo che con i suoi raggi colpisce degli oggetti che tutti chiamano pannelli solari. L’energia passa attraverso dei fili, arriva a uno scatolotto che la pulisce, la sistema, la raddrizza, la trasforma – insomma ci fa delle cose – e la mette da parte dentro una batteria (o se vuoi anche più di una batteria). E’ un po’ come se la nostra pelle fosse un pannello solare, che si abbronza e accumula colore che poi possiamo sfoggiare nelle serate di struscio sul lungo mare o in discoteca. Regge l’esempio ?
Senza andare troppo per le lunghe, ho voluto capire alcune cose fondamentali dell’impianto fotovoltaico sul camper e in particolare:
- Da cosa è composto un impianto fotovoltaico ?
- Quali tipi di impianti esistono ?
- Qual è la potenza giusta ?
- Come controllo il mio impianto fotovoltaico e, in generale … quanto consumo e quanto ricarico ?
Da cosa è composto un impianto ?
Di base un impianto fotovoltaico è composto da uno o più pannelli solari montati sul tetto, un regolatore di carica che permette di trasformare i raggi solari caduti sul pannello in energia elettrica e, al tempo stesso, alimenta la batteria servizi del camper. Una versione più evoluta nella parte elettronica di gestione permette di controllare e ricaricare anche la batteria motore ed eventualmente più di una batteria servizi.
Un elemento importante, ma non obbligatorio, è il display di controllo per verificare quanto sta rendendo l’impianto fotovoltaico – ovvero quanta energia sta producendo – e, in alcuni casi si può pensare anche a versioni più evolute che ci permettono di vedere quanta energia stiamo consumando e ci aiuta nella programmazione del regolatore di carica.
Fin qui credo sia abbastanza chiaro quali siano i componenti minimi necessari, cui si andranno ad aggiungere tutti i cablaggi necessari ed eventualmente un sensore temperatura da collegare tra il regolatore di carica e la batteria servizi.
Quali tipi di impianto esistono ?
Esistono tipologie differenti di:
- Pannelli Solari
- Regolatori di Carica
- Batterie Servizi
Se stiamo comprando il camper nuovo di fabbrica, si potrebbe non considerare la sostituzione della batteria servizi con una più performante al Litio (se non ne siamo già dotati) ma, eventualmente si potrebbe valutare l’installazione di una seconda batteria AGM.
Monocristallino o Policristallino ? Il pannello solare
Per quanto riguarda i pannelli solari sappiamo che esistono quelli con celle monocristalline e policristalline (o multicristallino). Al di la del colore diverso della superficie, la differenza sostanziale sta nell’orientamento delle celle dei cristallini di silicio. Nel primo caso le celle sono tutte orientate nella stessa direzione, mentre nel secondo caso le celle sono disposte in modo casuale.
I pannelli monoscristallini hanno una resa maggiore in generale ma è necessario che la luce solare li colpisca perpendicolarmente quindi funzionano meglio nelle ore centrali della giornata, mentre i pannelli policristallini hanno una resa inferiore ma funzionano durante tutto l’arco diurno della giornata.
Sarebbero da considerare altre differenze tra le due tipologie legate principalmente alla temperatura di esercizio e al prezzo. I monocristallini rendono meglio a temperature più basse e restano molto efficienti anche in presenza di intensità solare bassa ovvero anche se il cielo non è completamente terso funzionano.
Quale scegliere quindi ? Non è facile forse, ma tutto dipende sempre dalle nostre esigenze, da quanto vogliamo investire in termini economici, senza dimenticare il fatto che il pannello fotovoltaico è solo uno dei componenti dell’impianto, ma anche da quali luoghi abitualmente visiteremo con il nostro camper. Il nord Europa probabilmente mi farebbe sfruttare meglio un pannello policristallino a differenza delle regioni del Nord Africa dove sfrutterei meglio un pannello monocristallino, giusto per fare un esempio.
MPPT o PWM ? Il regolatore di carica
Componente molto importante dell’impianto è il regolatore di carica, ovvero quel dispositivo elettronico che prende in ingresso l’energia prodotta dal pannello solare e la manda in uscita alla batteria. Questa è la definizione più semplice che si può dare. E’ bene però sapere che ne esistono di due differenti tecnologie che troverai indicate come MPPT (Maximum Power Point Tracker) e PWM (Pulse Width Modulation). La scelta di un modello o dell’altro dipende sostanzialmente da:
- Dal tipo di pannello solare
- Dalla temperatura di esercizio
In buona sostanza, i regolatori PWM abbassano la tensione di carica per adattarla alla tensione della batteria servizi a differenza di un regolatore MPPT che regola in continuo la tensione di carica basandosi sulla tensione ricevuta dai pannelli per sfruttare al massimo l’energia catturata e caricare la batteria con più efficacia. In genere si può dire che un regolatore MPPT funzionerà meglio in una zona climatica temperata, mentre entrambi avranno medesime prestazioni in climi più caldi. Il fattore temperatura è davvero importante e in combinazione alla potenza di irraggiamento solare, determina la capacità di accumulare energia da parte del pannello solare.
Provo a fare un esempio pratico, considerando:
- Un pannello solare di tipo monocristallino
- Potenza dichiarata del pannello pari a 100 Watt e 36 celle
- Punto di massima potenza del pannello pari a 18 Volt
- Corrente massima d’uscita del pannello pasi a 5,56 Ampere
Per la prova del nove, abbiamo: 18 Volt x 5,56 Ampere = 100 Watt – e con la teoria ci siamo anche senza essere esperti elettricisti. Al contrario se consideriamo i 100 Watt di potenza dichiarata / 5,56 Ampere di corrente in uscita otteniamo, precisamente: 17,98 Volt.
La tensione della batteria servizi del nostro camper è di 12 Volt. Un regolatore PWM abbiamo detto che abbassa la tensione di carica portandola uguale alla tensione della batteria e quindi avremo: 12 Volt x 5,56 Ampere = 66,72 Watt quindi stiamo sfruttando solo 2/3 della potenza nominale del pannello solare.
In questo caso abbiamo scelto il regolatore sbagliato perchè non sfruttiamo il punto di massima potenza del pannello solare. Il regolatore MPPT ha la capacità di gestire tutti i 18 Volt in ingresso dal pannello solare e, lasciando invariata la corrente erogata dal pannello solare, ci permetterà di sfruttare i 100 Watt di energia. Preciso che, ovviamente, questi sono calcoli teorici ovvero, non sto considerando il fattore temperatura e irraggiamento solare.
Ma vediamo la seconda magia del regolatore MPPT: Sappiamo sempre che la nostra batteria è da 12 Volt e dobbiamo ricaricarla con la corrente che arriva dal pannello solare e transita dal regolatore. Il suo lavoro sostanzialmente sarà quello di abbassare la tensione in uscita a 13 Volt (tipicamente) aumentando in questo modo la corrente di carica, infatti: 100 Watt / 13 Volt = 7,7 Ampere
Ci siamo dimenticati del fattore temperatura ? Assolutamente no! Infatti, se fino ad ora tutto appariva molto semplice, dobbiamo fare un ultima considerazione. Prendiamo sempre a modello il pannello monocristallino da 100 Watt con il punto di massima potenza pari a 18 Volt e il regolatore di carica MPPT, dobbiamo aggiungere che questi valori di riferimento sono calcolati ad una temperatura d’esercizio di 25°. Se la temperatura del pannello sale – e sotto al sole cocente lo farà – il punto di massima potenza scende. Se ad esempio sappiamo che a 75° la tensione di massima potenza scende a 13 Volt e la corrente rimane stabile a 5,56 Ampere avremo: 13 Volt x 5,56 Ampere = 72,28 Watt di rendimento massimo. Abbiamo già perso 1/3 della potenza. Il modello ci suggerisce che a 100° la tensione di massima potenza scende a 11 Volt e diminuiscono anche gli Ampere di corrente. Ora però ci portiamo in una situazione anomala. La tensione del pannello è inferiore alla tensione della batteria e il regolatore MPPT non può alzare la tensione in ingresso. Il suo comportamento diventa analogo a quello di un regolatore PWM con una resa decisamente molto bassa.
Info, ovviamente di base, per orientarsi nella scelta del dispositivo migliore. Il fattore prezzo d’acquisto è sempre da considerare perchè mediamente un regolatore PWM costa il 40% in meno rispetto a un regolatore MPPT anche se, nel secondo caso, per un prodotto capace di gestire fino a 300 Watt e 20 Ampere parliamo di poco meno di 150 Euro.
Come faccio a sapere di quanta potenza ho bisogno ?
Dimensionare correttamente l’impianto fotovoltaico può essere utile per capire cosa acquistare anche se dovremmo sempre chiederci: Per cosa, come e quanto, utilizzerò la corrente elettrica a bordo del camper. Tutte le considerazioni, in generale, sul fotovoltaico, partono da un presupposto: starò per la maggior parte del tempo in sosta libera, ovvero, non in campeggio collegato con il cavo della 220V. Diversamente potete anche fare a meno del fotovoltaico.
Per fare un calcolo preciso dovremmo sapere con precisione qual è la potenza e l’assorbimento di corrente di ogni singola utenza a bordo del campo. Per utenza, intendiamo, gli apparati elettrici che consumano l’energia elettrica della batteria servizi. Ne fanno parte:
- Tutte le lampade interne ed esterne
- Frigorifero (quando non funziona a Gas)
- Apparati collegati alle prese USB
- Apparati collegati alle prese a 12V
- Pompa idraulica per l’acqua
- Stufa (anche se avete la Truma Combi a Gas, la corrente per l’elettronica di controllo serve)
- Centraline e display di controllo
Un peso molto rilevante lo riveste un eventuale inverter – dispositivo che trasforma la corrente continua a 12 Volt in corrente alternata a 220V. Questo lavoro di “trasformazione” consuma l’energia della batteria servizi.
E’ anche vero che non tutti gli utilizzatori assorbono corrente in modo costante nel tempo. Se pensiamo ad un frigorifero a compressore, il suo consumo sarà molto alto appena acceso e si abbasserà considerevolmente quando arriva in temperatura, mentre una lampada assorbirà la stessa quantità di corrente a parità di potenza erogata nel corso delle ore. Il primo e unico consiglio è sempre quello di leggere i manuali di istruzioni che forniscono sempre le informazioni sul consumo in Watt o l’assorbimento in Ampere Ora.
Prima di aprire la calcolatrice del Pc o dello smartphone faccio un assunto che potrebbe far storcere il naso dei più esperti e degli elettricisti in generale: la batteria servizi eroga 12 Volt. Non è così, ma per farci un idea va benissimo. Ciò serve per dire che se la potenza di un apparecchio elettrico è di 20 Watt, la corrente assorbita ogni ora dalla batteria servizi sarà pari a: 20 Watt / 12 Volt = 1,66 Ampere
Provo a fare un esempio pratico e semplice considerando dotazione e utilizzo standard per un Van per una persona:
- Truma Combi 4: Riscaldamento e Acqua calda = 25 Ampere / giorno
- Frigo a compressore: Raffrescamento max da temperatura ambiente e mantenimento = 20 Ampere / giorno
- Pannelli di controllo livelli e funzionamento = 3 Ampere / giorno
- Lampada Led dinette, letto, bagno, cucina = 5 Ampere / giorno
- Ricaricare uno smartphone = 3 Ampere / giorno
- Altre utenze USB (Router WiFi, Ricarica Tablet, Alimentazione Cassa audio Bluetooth) = 4 Ampere / giorno
- Pompa acqua = 2 Ampere / giorno
Consumo totale, medio e indicativo = 60 Ampere / giorno
Come controllo il mio impianto ?
Sapere cosa sta facendo il nostro pannello solare e il regolatore di carica rappresenta un ottima informazione, specie se abbinata alla capacità residua della batteria e alla quantità di energia che stiamo assorbendo (o consumando). Il risultato è che possiamo avere un indicazione espressa in termini % o di ore residue della disponibilità elettrica, oltre a tutti i Watt, Volt, Ampere di questo mondo. In definitiva è come fare un vero e proprio bilancio energetico in camper ? Potrebbe sembrare una cosa da veri nerd, ma è assolutamente utile avere queste informazioni seppur siano informazioni più utili per tutto quello che viene prima della batteria. Per tutto quello che viene dopo, ovvero, quanto effettivamente stiamo consumando, è meglio dotarsi di uno Shunt.
Per la prima parte dell’impianto, le informazioni ci vengono date da display che possono indicare le informazioni di rendimento del pannello solare. Questi display solitamente sono abbinati al brand del regolatore di carica che decidiamo di montare, anche perchè comunicano tra loro mediante un cavo dati e un protocollo proprietario. Andiamo un passo oltre e dotiamoci anche di uno Shunt – una resistenza di valor tale da non influire sul carico, ma che essendo di valore noto permette di misurare la corrente che fluisce in un senso o nell’altro dalla batteria. – questo oggetto è spesso collegato ad un display che ne mostra i valori (Volt, Ampere, Carica, Scarica, Temperatura batteria, …) o mediante interfaccia di comunicazione senza fili, ad un App da utilizzare su smartphone. Questo si che inizia ad essere una cosa da nerd maniaci. Uno dei dispositivi più utilizzati è lo SMARTSHUNT della Victron Energy che può mostrare tutte le informazioni sul display dello smartphone mediante App proprietaria.
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