Energia solare per essere indipendenti

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L’energia solare ricopre un ruolo fondamentale all’interno del nostro veicolo e decisamente non potremmo fare a meno dell’impianto di cui disponiamo. Essendo attualmente entusiasti della libertà che l’energia solare ci sta regalando abbiamo pensato di scrivere un articolo che ne descriva il funzionamento. Lo scopo di questo testo è anche quello di rispondere a tante delle domande che ci sono state fatte nei primi mesi del nostro viaggio. I dubbi che ci vengono posti sono i più disparati, cercheremo quindi di dare il maggior numero di risposte.

Chi e perchè deve (o non deve) installare un impianto ad energia solare su un veicolo ricreazionale

Iniziamo col dire che non tutti abbiamo le stesse esigenze, a seconda della modalità di utilizzo che ognuno di noi fa del proprio veicolo crea delle condizioni per cui l’impianto deve avere o meno certe caratteristiche. vi è anche da prendere in considerazione l’eventualità, che tutto sommato esiste, in cui l’impianto stesso potrebbe essere sconveniente in termini di costi benefici. Ricadono in questa condizione gli utilizzatori occasionali del veicolo e che normalmente sostano in campeggi o aree dove è possibile utilizzare l’energia della rete elettrica.

Fondamentalmente dovrà iniziare a pensare ad un impianto ad energia solare chi desidera maggiore indipendenza, e facciamo notare come questa indipendenza si porti dietro un considerevole risparmio in termini di costi nel caso in cu se ne riesca a fare a meno al 100%. I costi in questione sono quelli legati alle aree/campeggi che possono fornire l’energia. Naturalmente inutile pensare di essere indipendenti al 100% per il solo fatto che si dispone di un buon impianto di energia solare, ma non si dispone invece di acqua o di un adeguata capacità di contenimento dei liquidi reflui per diversi giorni di isolamento.

Altro fattore importante inerente la motivazione che può spingere all’installazione di un impianto è data dalle mete che si desidera raggiungere. Facciamo degli esempi: chi ama particolarmente visitare le città si troverà spesso in condizioni sfavorevoli per un impianto solare. Palazzi, antenne e parchi non facilitano il lavoro dei moduli fotovoltaici e questo va tenuto in considerazione prima di spendere dei soldi inutilmente. Così come chi predilige i viaggi in luoghi dal clima estremo potrebbe trovarsi altrettanto in condizioni inadeguate al fine di sfruttare il proprio impianto ad energia solare. Chi invece ipotizza un utilizzo a 360 gradi del proprio veicolo, come chi ad esempio si appresta ad un lungo viaggio, dovrà fare i conti con il corretto dimensionamento.

Non per ultimo va tenuta in considerazione la possibilità che il proprio stile di utilizzo del veicolo possa cambiare proprio grazie al fatto che grazie all’energia solare si potrà fare a meno di attaccarsi alla corrente costantemente. Nell’ambito di questo articolo eseguiremo dei calcoli che prendono in considerazione la situazione più estrema, quella in cui l’utilizzatore – come stiamo facendo noi – necessita di indipendenza totale dalla rete elettrica. Questo serve per far capire il meccanismo di dimensionamento, che naturalmente può essere limitato in caso di un utilizzo sporadico di location in cui sarà possibile ricaricare.

Calcolare di quanta energia si necessita

Per capire che tipo di impianto installare, quanti pannelli, quante batterie, che inverter, si dovrà prima di tutto capire di quanta energia si necessità. Per effettuare questa misurazione vengono in aiuto – oltre ai datasheet dei dispositivi di cui si dispone (frigo, luci, computer, cellulari, pompe acqua, ecc. ecc.) – i così detti battery monitor, strumenti che restano di fondamentale importanza anche durante il normale utilizzo dell’impianto elettrico del proprio veicolo.

Prima di buttare l’occhio al mercato dei pannelli fotovoltaici sarà quindi bene prevedere un minimo di analisi tecnica relativa ai propri consumi.Nel mercato esistono diversi tipi di battery monitor, dai più stupidi che misurano semplicemente il voltaggio delle batterie a quelli più utili che invece indicano esattamente la quantità di ampere in ingresso e in uscita dalle stesse. Un battery monitor che indica direttamente l’attuale valore di Watt in ingresso e/o uscita è ancora più intuitivo e di facile utilizzo. Il mercato offre ampia scelta, per quanto ci riguarda, la scelta del Battery monitor è andata su un prodotto Victron Energy che si chiama BMV-702. Questo strumento di misura offre numerose funzioni molto importanti per il costante monitoraggio delle prestazioni del banco di batterie, tra cui anche la sua temperatura.

Perché sono importanti i Watt? Perché sono la potenza necessaria ad effettuare un “lavoro” elettrico, ovvero l’energia di cui si ha bisogno. Questo è il punto in cui generalmente si inizia a fare confusione dato che normalmente, nel mondo dei dispositivi legati al mondo dei veicoli ricreazionali, spesso vengono usati gli Ampere per indicare il loro consumo. Perché questo genera confusione? Banalmente perché sul nostro veicolo andremo ad utilizzare sia dispositivi in corrente continua che quelli in alternata. La corrente alternata trasporta molta più energia rispetto a quella continua, un circuito a 12 volt circa 18 volte meno rispetto ad uno a 220. Ad esempio una lampadina a led da 2 Ampere alimentata a 12 volt avrà bisogno di 24 Watt di potenza. La lampadina a led da 2 Ampere alimentata invece a 220 volt avrà bisogno di 440 Watt. Una bella differenza!Al fine di calcolare la nostra necessità di potenza espresso in Watt dovremo quindi usare la regola fondamentale:

• Watt = Volt * Amp

Le batterie

Non entreremo nel dettaglio dei diversi tipi di batterie in questa occasione, ma per ragionare su un qualsiasi impianto solare è di fondamentale importanza comprendere di quanta energia di riserva si dispone. Per far comprendere l’importanza di questo dato ragioniamo su una tipica installazione da Camper, che prevede un paio di batterie GEL a 12 Volt 100 Ampere messe in parallelo per ottenere un banco da 12 volt e un totale di 200 Ampere. Di quanta energia si dispone?

• 12 (Volt) * 2 (numero batterie) * 100 (Ampere) = 2400 Watt

Questo naturalmente è un dato teorico, che prevede batterie in perfette condizioni e completamente cariche. E’ importantissimo ora comprendere che non tutte le batterie sono uguali, ma stiamo ragionando sulle GEL (N.B. leggermente più performanti delle più comuni AGM) che mediamente hanno una durata di circa 1800 cicli se scaricate al massimo del 30% (notare che i cicli diventano 750 se la scarica è al 50%). Ora, volendo far durare un po’ le nostre batterie calcoliamo il 30% di 2400 Watt ottenendo quindi 720 Watt che diventano la reale potenza a nostra disposizione al fine di non stressare il nostro investimento.

I consumi

Ma facciamo qualche esempio di consumo per rendere meglio l’idea di quanto spesso sia sottostimato il proprio, soprattuto in relazione al proprio banco di batterie che come visto nel paragrafo precedente giocano un ruolo fondamentale nel calcolo del consumo energetico quotidiano.

• Un frigorifero Dometic da 100 litri può evere un consumo medio di circa 150 Watt al giorno (naturalmente questo dipende da molti fattori.
• Un comune computer MacBook ha un alimentatore che consuma 85 Watt e richiede circa due ore di funzionamento al fine di ricaricare completamente le batterie, questo significa 170 Watt di consumo totale
• Un paio d’ore al giorno di luce da lettura dal consumo medio di 10 Watt
• Una decina di minuti di utilizzo della pompa autoclave con un consumo medio di 20 Watt.

Fermandoci a questi pochi valori otteniamo un consumo totale quotidiano di 435 Watt, che ci consentono di restare all’interno della nostra capacità quotidiana di 720 Watt precedentemente calcolata.Ma cosa succederebbe se accendessimo per 10 minuti un phon della potenza di 2000 Watt?Questo valore porterebbe il nostro consumo quotidiano a 400 + 435 equivalente ad un totale di 835 Watt che ci porterebbe fuori dalla nostra disponibilità quotidiana.Capiamo quindi bene quanto sia importante conoscere il proprio consumo quotidiano in modo da fare i calcoli corretti di dimensionamento dell’impianto solare ma anche per preservare il proprio investimento in batterie.Questi calcoli devono servire anche a farci capire una cosa, ovvero che – anche tralasciando il consumo aggiuntivo del phon – avremo bisogno di caricare le batterie praticamente ogni giorno per non consumare più di quanto abbiamo a disposizione giornalmente. Non è chiaro? Facciamo questo calcolo:

• 435 Watt * 2 (giorni senza ricarica) = 870 Watt

Come abbiamo detto con in nostro banco avremo a disposizione 720 Watt di potenza prima di dover ricaricare le batterie, quindi consumando 870 Watt (non avendo ricaricato) andremo in deficit di 150 Watt.

I pannelli solari

Non vogliamo soffermarci troppo sulla varie tipologie di pannelli oggi a disposizione, diciamo semplicemente che un modulo monocristallino ha una resa migliore di uno a policristallino.

Cosa significa? Va tenuto in considerazione che il valore in Watt che descrive la potenza di un pannello solare è un valore teorico, nella realtà delle cose bisogna considerare come plausibile l’80% del valore di targa. Questo valore potrebbe essere leggermente migliore in un modulo monocristallino. Ma ricordiamoci che ragionando in termini di indipendenza bisogna lavorare sempre sottostimando la potenza a disposizione, quindi va bene un modulo monocristallino, ma non usiamolo come scusa per comprare un pannello in meno. Altro parametro da conoscere quando si parla di energia solare è che mediamente un pannello erogherà il massimo della sua potenza per un periodo difficilmente superiore alle cinque ore al giorno (naturalmente ciò dipende da posizione, temperatura, meteo). A questo importante fattore va aggiunto che non sempre le giornate sono quelle ideali, a volte piove, a volte capita di essere parcheggiati sotto il ramo di un albero. Insomma non sempre saremo nelle condizioni migliori per spremere ogni Watt dai nostri pannelli, spesso dovremmo accontentarci di poco.

Al fine di calcolare il corretto dimensionamento per le proprie esigenze, sia di consumi che di indipendenza, sarà quindi importante sottostimare la capacità reale del proprio impianto, viceversa potreste ritrovarvi ad inseguire i raggi del sole e quindi trasformare la vostra indipendenza in dipendenza.Per quanto ci riguarda abbiamo utilizzato un parametro del 33% rispetto alla normale capacità dell’impianto, considerando quindi mediamente un giorno buono ogni tre, che ad oggi ci sembra un valore adeguato perché rispecchia la realtà del nostro viaggio.

Il dimensionamento dell’impianto

Per quanto descritto nel paragrafo precedente abbiamo capito che potremo ricaricare le nostre batterie un giorno ogni tre, quindi abbiamo bisogno per forza di cose di una maggiore autonomia – rispetto a quella attuale – al fine di sopperire al fabbisogno quotidiano che abbiamo calcolato. Vediamo insieme di calcolare che potenza di batterie che effettivamente ci serve.

• 435 Watt (consumo quotidiano) * 3 (giorni prima di una ricarica) = 1305 Watt.

Per ottenere 1305 Watt di potenza dal nostro banco batterie a 12 Volt dovremo installare un parallelo di 4 batterie da 100 Ampere, oppure utilizzarne due da 200. Vediamo i calcoli:

• 12 (Volt) * 4 (numero batterie) * 100 (Ampere) = 4800 Watt

Sappiamo perè che dei 4800 Watt ne potremo utilizzare solo il 30% quindi 1440 Watt.
I 1440 Watt messi a disposizione dal nuovo banco batterie ci garantiscono la potenza richiesta.Ora che con le batterie siamo a posto andiamo avanti. Lavorando sui 435 Watt al giorno (che non prevedono sempre l’uso del phon) cerchiamo di calcolare di che potenza solare avremmo bisogno.Installeremo 4 pannelli da 100 Watt ciascuno ottenendo una potenza totale di 400 Watt, che erogate per le 5 ( le ore in cui effettivamente il pannello può lavorare ogni giorno) ci regaleranno 2000 Watt di energia gratuita. Ma come abbiamo detto dobbiamo tornare con i piedi per terra e quindi togliere l’energia che sappiamo non avremo mai a disposizione, ovvero:

• 2000 Watt – 80% (rendimento reale del pannello) = 1600 Watt.

Questo calcolo ci ha fatto capire che ogni 3 giorni (ricordate il 33%) avremo a disposizione 1600 Watt per ricaricare le nostre batterie. Il nostro consumo in tre giorni era stato calcolato in 1305 Watt, quindi i 1600 Watt sono sufficienti a ricaricare il nostro banco batterie.

Il regolatore di carica o MPPT

Apparecchio fondamentale nella creazione di un impianto fotovoltaico è il regolatore di carica che si occupa principalmente di due cose:

• Trasforma il voltaggio in uscita dai pannelli in quello adatto al vostro banco batterie, ovvero 12 o 24 volt
• Si occupa di erogare alle batterie il massimo valore di corrente possibile, per questo viene anche definito “inseguitore”.

La scelta di questo apparecchio è fondamentalmente data dai parametri di voltaggio del banco batterie e di corrente massima erogabile dalla stringa di pannelli che andrete a creare. Nell’esempio che abbiamo utilizzato fino ad ora l’MPPT che andrebbe acquistato potrebbe essere il seguente: I pannelli da 100 Watt erogano una corrente di circa 8,3 Ampere ciascuno a 12 Volt, ipotizzando di installarli in serie avremo un uscita di 8 Ampere a 48 Volt. Il regolatore che dovremo scegliere dovrà quindi poter funzionare con questi due valori.

L’impianto di Valentino

Come vi abbiamo detto precedentemente il nostro Valentino vive prevalentemente di energia solare, questo perché durante il nostro viaggio vogliamo limitare quasi totalmente le spese dovute ad aree di sosta a pagamento.Per farvi un idea di cosa abbiamo pensato per la nostra casa mobile ecco alcuni dati tecnici:

• 4 pannelli monocristallini da 300 Watt
• 2 pannelli monocristallini da 150 Watt

In totale quindi abbiamo a disposizione 1500 Watt di Enrgia solare che ridotti all’80% (rendimento effettivo) ci garantiscono circa 1200 Watt di potenza. Questa va moltiplicata per il numero di ore, ovvero 5 così otteniamo 6000 Watt ogni tre giorni (valore del 33%).Il nostro banco batterie è costutito da 8 batterie al GEL Victron Energy da 220 Ampere ciascuna. In totale abbiamo quindi 21120 Watt di potenza che possiamo utilizzare al 30% quindi 6336 Watt disponibili.Considerata una ricarica completa ogni tre giorni possiamo conumare 2112 Watt al giorno senza stressare il nostro banco batterie.Veniamo ai consumi considerando solo i principali usati quotidianamente

• Piastra ad induzione da 1700 Watt che funziona mediamente 20 minuti al giorno significa: 1700 Watt * 0,3 (1/3 di ora) = 510 Watt.
• Frigorifero 150 Watt al giorno
• Domotica 100 Watt al giorno
• Pompe autoclave 20 Watt al giorno
• Computer 170 Watt al giorno
• Luci 40 Watt (sovrastimata)
• Pompe scarico acque grigie 10 Watt
• GPS 10 Watt al giorno
• Ventole areazione 20 Watt al giorno
• Webasto per acqua calda 150 Watt (in realtà usato ogni tre o quattro giorni)
• Router interno e Wifi 20 Watt

Che ammonanto a 1200 Watt al giorno. A questi vanno aggiunti consumi sporadici, tipo pompe di scarico delle acque nere, riciclo acque grigie, ecc. ecc.La capacità dei pannelli solari di Valentino garantisce quindi l’utilizzo anche di aparecchi aggiuntivi come lavatrice, che ha un consumo medio di 1 Kw per ciclo o del forno senza stress per le batterie.

Pubblicheremo altri approfondimenti durante il nostro viaggio, intanto speriamo che questo articolo possa esservi stato utile. In caso di dubbi, domande, o suggerimenti, non esitate a scriverci!