I miei lettori mi hanno raccontato che vorrebbero costruire un sistema fotovoltaico su piccola scala, come quelli che alimentano il sito and office e l’ufficio di Low-tech Magazine. Tuttavia, non sanno dove cominciare e quali componenti acquistare. Questa guida porta assieme tutte le informazioni necessarie: quello che ti serve, come collegare ogni cosa, quali solo le scelte di design, dove mettere i pannelli solare, come sistemarli (o meno), come suddividere l’alimentazione ed installare gli strumenti di misura. Essa si rivolge a sistemi ad energia solare che ricaricano batterie e configurazioni più semplici che producono energia solare diretta.

Solitamente, gli impianti solari convenzionali sono solitamente installati su un tetto o in un campo. Essi convertono la corrente continua (DC) a bassa tensione prodotta dai pannelli solari in una corrente alternata (AC) ad alta tensione per l’utilizzo degli elettrodomestici principali, e si affidano alla rete elettrica durante la notte e nel maltempo. Queste regole non valgono per i sistemi su piccola scala che andremo a costruire con questo manuale. Essi sono completamente indipendenti dalla rete elettrica, funzionano completamente a bassa tensione, e non alimentano una città o una casa completa ma, al contrario, una stanza, una serie di dispositivi, o un apparecchio specifico. I sistemi solari su piccola scala funzionano tramite una produzione di energia decentralizzata portata ai suoi estremi.

La maggior parte del lavoro, nella costruzione di un sistema solare su piccola scala, è decidere la dimensione dei vari componenti e costruire la struttura di supporto per il pannello solare. Collegare i vari componenti, invece, è semplice se non vogliamo un pannello di controllo sofisticato. Infatti, servono pochi strumenti: una spelafili, alcuni cacciaviti (alcuni di questi piccoli) e una sega. Avere un saldatore, delle pinze ed un multimetro a portata di mano può essere utile, ma non è necessario.

• Prima di iniziare: la sicurezza
• Prima di iniziare: bassa tensione o alta tensione?
• Prima di iniziare: è davvero necessaria una batteria?
• Cosa ti serve: i componenti di un sistema solare su piccola scala
• Come collegare i pannelli solari in serie e parallelo
• Come costruire un sistema solare con batterie di accumulo?
  • Batterie
  • Regolatori di carica solare
  • Cablaggio
• Come costruire un sistema solare senza batterie di accumulo?
  • Convertitori DC-DC
  • Cablaggio
• Come dimensionare pannelli solari, batterie e altri componenti?
  • Dimensioni di un sistema solare senza batterie
  • Dimensioni di un sistema solare con batterie
  • Dimensioni di altri componenti: regolatori di carica, convertitori DC-DC, fili, connettori e fusibili
• Come costruire la struttura di supporto?
• Come suddividere l’alimentazione ed utilizzare contemporaneamente vari dispositivi
• Come includere gli strumenti di misurazione?
  • Misuratore di tensione della batteria
  • Misuratori di watt, volt e corrente
• Pannelli di controllo e prese di corrente
• Come ottenere apparecchi a bassa tensione?

Prima di iniziare: la sicurezza

La corrente continua a bassa tensione non comporta il rischio di elettrocuzione (ovvero uno shock elettrico fatale), come i sistemi a 12V. A seconda della conduttività elettrica del proprio corpo (e ad altri fattori), si può salire a 20-50V prima di essere uccisi da uno shock elettrico. ¹

Nonostante ciò, i sistemi di energia solare comportano i propri rischi. I pericoli principali sono shock elettrico (non fatale, ma comunque doloroso), incendio, esplosione di batterie e danneggiamento dei componenti. Se si rispettano delle semplici regole però, non ci saranno problemi. Nel corso di sette anni di sperimentazione con l’energia solare, non ho mai causato un incendio o subito uno shock elettrico, pur bruciando dei componenti. Le regole sono:

• Non toccare mai i componenti elettrici con mani bagnate.
• Non toccare mai le parti esposte di un cavo positivo e negativo allo stesso tempo. Così facendo, diventerai parte del circuito elettrico e subirai uno shock. È completamente sicuro toccare un cavo alla volta. La stessa regola si applica ai terminali della batteria: va bene toccarne uno, ma non due allo stesso tempo.
• Non lasciare mai che un cavo positivo tocchi un cavo negativo. Ciò causerà un corto circuito, producendo danni fisici, danni ai componenti, un incendio o l’esplosione di una batteria. Utilizza colori diversi per i cavi positivi e negativi, e assicurati di differenziarli.
• Metti sempre un fusibile nel tuo sistema solare.
• Assicurati che i tuoi cavi siano sufficientemente grossi.
• Non connettere mai il pannello solare direttamente alla batteria. Utilizza invece un regolatore di carica fra i due.
• Non mettere mai una batteria al piombo in un contenitore chiuso.

Prima di iniziare: bassa tensione o alta tensione?

La potenza elettrica (in watt) è uguale alla corrente (in ampère) per voltaggio (in volts). Di conseguenza, la potenza elettrica (W) può riferirsi a bassa tensione (V) ad alta corrente (A) o ad alta tensione a bassa corrente. I sistemi solari convenzionali per le economie domestiche usano sempre un invertitore, che converte la corrente continua (DC) a bassa tensione del pannello solare in corrente alternata (AC) ad alta tensione utilizzata dagli apparecchi principali. Si può fare la stessa cosa per un sistema solare su piccola scala, ma è meglio omettere l’invertitore e costruire un sistema solare DC a bassa tensione. ²³ Questo è il tipo di installazione elettrica utilizzato per macchine, camion, barche a vela, roulotte e camper.

Potenza (watt) = V (volt) x A (ampère)

Vi sono molti vantaggi ad omettere l’invertitore. In primo luogo, ciò rende il sistema solare molto più economico dal momento che essi sono costosi. In secondo luogo, rende il sistema più efficiente. Convertire la corrente continua a bassa tensione in corrente alternata ad alta tensione comporta perdite di energia fino al 50% in sistemi solare su piccola scala. Alcuni invertitori di qualità solo più efficienti al 90% quando utilizzati a capacità elevata. Nonostante ciò, se il carico elettrico è molto più basso della massima capacità di un invertitore, come accade per molti progetti solari su piccola scala, l’efficienza diminuisce rapidamente. Spesso c’è un’ulteriore perdita di energia (almeno 5-15%) nella conversione da DC a AC perché molti apparecchi moderni operano a bassa tensione internamente. Questa perdita avviene nell’adattatore AC/DC dell’apparecchio, che può trovarsi al suo interno o al suo esterno.

La corrente alternata ad alta tensione (220-240V in Europa, 110V negli USA) è il risultato di più di un secolo di produzione energetica centralizzata. ² Le centrali a combustibile fossile diventano più efficienti man mano che le loro dimensioni aumentano. Perciò ha senso installare alcune grandi centrali e distribuire l’energia su ampia scala in una specifica regione. Dal momento che la perdita energetica per resistenza è proporzionale al quadrato della corrente, le tensioni elevate sono la chiave per raggiungere una trasmissione di energia efficiente su distanze maggiori. L’energia fotovoltaica ha reso questo approccio obsoleto. AL contrario di una centrale a combustibile fossile o un generatore eolico, l’efficienza di un pannello solare non dipende dalla sua dimensione. Inoltre, dal momento che un pannello può essere localizzato dove l’energia prodotta viene consumata, non è necessario convertire l’energia solare ad alta tensione e trasportarla su grandi distanze.

Il collegamento diretto di un dispositivo DC a bassa tensione alla potenza DC a bassa tensione prodotta da un pannello solare evita queste perdite di energia e produce un sistema più efficiente. In pratica, si può alimentare lo stesso dispositivo con un pannello solare più piccolo. Tuttavia, ciò implica l’utilizzo di dispositivi a bassa tensione. Si potrebbe certamente collegare un invertitore per alimentare un dispositivo se non vi è altra alternativa. Assicurati però di comprarne uno non troppo potente, dal momento che deve essere utilizzato in elevata capacità per essere efficiente. Non ho ancora trovato invertitori con meno di 150 watt di capacità.

Prima di iniziare: è davvero necessaria una batteria?

Il sole non splende sempre. Particolarmente di notte. Puoi però aggiungere una batteria ed un regolatore di carica al tuo impianto fotovoltaico per usare l’energia solare quando c’è la luce del sole. Tuttavia, le batterie sono costose, ad alto consumo di energia e a vita breve. Nel corso della loro vita, le batterie rappresentano l’80-90% dei costi totali e dell’energia investita in un sistema solare off-grid. Esse comportano anche perdite di carico e scarico che devono essere compensate per i pannelli solari più grandi. Per le batterie in piombo, ovvero l’opzione più economica, queste perdite possono raggiungere il 20-30%.

Le batterie rappresentano l’80-90% dei costi totali e dell’energia investita in un sistema solare off-grid.

Questa guida non esclude l’accumulo a batterie, che può essere particolarmente utile per alcuni impieghi. Tuttavia, si può spesso creare un impianto solare senza accumulo a batterie. Questi sistemi solari “diretti” sono più economici, veloci e facili da realizzare. Un sistema solare diretto ti permette di utilizzare una varietà di elettrodomestici, anche quelli potenti, durante il giorno. Alcuni esempi possono essere gli strumenti da officina, sistemi audio e ventilatori. Altri apparecchi, come i frigoriferi, i fornelli e i sistemi di riscaldamento, possono usare l’energia solare diretta in combinazione all’immagazzinamento di calore e freddo come una alternativa economica e sostenibile alle batterie. ⁴

Parte del risparmio sulle batterie può essere speso su pannelli di dimensioni maggiori, così aumentando l’alimentazione in momenti meno ottimali. Un sistema solare diretto può quindi lavorare perfettamente con tempo nuvoloso, anche se non lavora fra il tramonto e l’alba. Lavora particolarmente bene per alimentare apparecchi a batteria, come smartphone, tablet, PC, luci per bicicletta, strumenti elettrici portatili e power bank. Puoi caricare questi apparecchi solo durante il giorno, ma essi possono essere utilizzati anche di notte.

La differenza fra pannelli solari con o senza stoccaggio non è sempre evidente. Ad esempio, puoi connettere un pannello solare ad un power bank USB (con un convertitore DC-DC). Il sistema allora diventa un sistema di accumulo a batterie basate su ioni di litio, quindi avvantaggiandosi delle capacità del power bank stesso. Se ricarichi delle luci LED portatili a batterie, un pannello solare può anche tenere queste accese di notte – una versione moderna della torcia.

Cosa ti serve: i componenti di un sistema solare su piccola scala

I pannelli solari sono il componente principale di tutti i sistemi che andremo a creare. Essi possono avere tensioni diverse, solitamente 12V o 24V, a volte 36V, 48V o più per sistemi collegati alla rete. Per sistemi su piccola scala, 12V o 24V sono sufficienti per cominciare. Puoi anche trovare pannelli più piccoli con tensioni sotto a 12V.

Mi è spesso chiesto quali pannelli solari acquistare, ma non ci sono molti consigli da dare. La scelta è fra pannelli solari monocristallini e policristallini. I primi sono più potenti e costosi, ma la differenza è poca. Quasi tutti i pannelli solari sono prodotti in Cina, ovunque vengano acquistati. ⁵ Un buon consiglio è di comparare i prezzi e trovare una via di mezzo.

Gli altri componenti dipendono dal sistema che vogliamo costruire. Un impianto solare con accumulo a batteria necessita di un regolatore di carica e di una batteria. Un sistema solare diretto senza batterie ha solo bisogno di un convertitore DC-DC. Entrambi i sistemi hanno bisogno di cavi elettrici, fusibili e connettori. Altri componenti facoltativi possono essere pulsanti on/off e strumenti di misurazione.

Come collegare i pannelli solari in serie e parallelo?

I pannelli solari possono essere utilizzati singolarmente o connessi in parallelo o in serie. Quando si collegano in parallelo, l’uscita di tensione rimane la stessa, ma l’uscita di corrente raddoppia. Questa è la configurazione più comune. Se sono necessari, ad esempio, 50W di 12V di energia solare, puoi acquistare un pannello solare da 50W o alcuni pannelli più piccoli (2 da 25W o 5 da 10W) e collegarli in parallelo.

Utilizzare alcuni pannelli più piccoli al posto di un singolo pannello non è l’opzione più economica dal momento che quelli più piccoli costano di più per watt di potenza massima. Tuttavia, potrebbe essere l’unico modo di sistemare dei pannelli nel luogo desiderato. Ad esempio, il mio davanzale è troppo stretto per un pannello da 60W, ma posso installarvi tre pannelli da 20W. Sarebbe più facile ed economico averne uno da 60W in una dimensione adatta al davanzale, ma questo formato non è disponibile.

Quando si collegano in parallelo, l’uscita di tensione rimane la stessa, ma l’uscita di corrente raddoppia.

Essi possono essere collegati anche in serie. L’uscita di tensione raddoppia, ma l’uscita di corrente rimane uguale. Collegare i pannelli in serie ti permette di alimentare apparecchi da 24V con pannelli solari da 12V. In questo caso, si potrebbe semplicemente acquistare un pannello da 24V. È meglio collegare pannelli solari dello stesso tipo, che siano in serie o in parallelo. Diversi tipi di pannelli solari possono avere diverse uscite di corrente, che diminuendo la loro efficienza.

Si possono anche collegare in serie e parallelo. Ad esempio, puoi collegare due gruppi di pannelli da 12V in parallelo, e poi collegare i due in serie. Il risultato è un sistema da 24V con l’uscita di corrente combinata di tre pannelli solari. Puoi anche collegare le batterie in serie o parallelo per ottenere lo stesso risultato.

Come costruire un sistema solare con batterie di accumulo?

Quando si costruisce un sistema di energia solare con l’accumulo a batterie, è necessario un regolatore di carica e una batteria. La maggior parte degli impianti solari off-grid utilizzano batterie in piombo. Per i sistemi solari portatili a batterie, la soluzione più pratica è la batteria agli ioni di litio. Altrimenti, le batterie in piombo sono l’opzione più sicura ed economica. Esse richiedono controlli di gestione meno complessi rispetto alle batterie al litio. Vi sono altri tipi di batterie meno comuni, ma non affronterò qui l’argomento.

Regolatori di carica solare

Non collegare mai un pannello solare direttamente ad una batteria. Se vuoi immagazzinare l’energia solare per un utilizzo futuro, installa un regolatore di carica solare. Un regolatore di carica solare controlla la tensione d’uscita del pannello solare in funzione della tensione necessaria alla batteria durante le diverse fasi di carica. Essa inoltre fornisce un’uscita stabile da 12V dalla batteria e spegne il sistema se la tensione scende al di sotto di un determinato livello. La maggior parte dei regolatori di carica solare offrono un menu per regolare questi valori. Alcuni sono dotati di un secondo schermo più elaborato.

Sono disponibili centinaia di tipi diversi di regolatori di carica solare. Per i sistemi solari su piccola scala, la mia esperienza è generalmente sono tutti adatti. I regolatori di carica solare più economici funzionano bene, ma dovrebbero funzionare con la tensione corretta e avere una capacità sufficiente (vedi come dimensionare un sistema solare). Non vale la pena utilizzare regolatori di carica solare più costosi (quali MPPT) per i sistemi su piccola scala. Se il tuo sistema funziona con batterie agli ioni di litio, avrai bisogno di un regolatore di carica solare diverso e più costoso. Se hai dimestichezza con l’elettronica, puoi anche costruire il tuo regolatore di carica solare. ⁶

Batterie

Il tipo di batteria al piombo necessaria per un sistema solare su piccola scala è una batteria al piombo sigillata. Se utilizzi un pannello solare da 12V, avrai bisogno di una batteria da 12V. Se utilizzi un pannello solare da 24V, avrai bisogno di una batteria da 24V. È necessario maneggiare bene le batterie al piombo per non rovinarle rapidamente. La cosa più importante è che la loro tensione non scenda troppo e che queste vengano ricaricate completamente con regolarità. Non lasciare mai una batteria al piombo senza ricaricarla per un periodo prolungato. Mantienila collegata ad un pannello solare, anche quando sei fuori casa.

È necessario maneggiare bene le batterie al piombo per non rovinarle rapidamente.

Se collegato ad un pannello solare e ad una batteria, il regolatore di carica scollegherà la batteria quando la tensione scende al di sotto di un determinato livello (solitamente 12V). Questo valore può essere modificato nel menu. Esso può arrivare fino a 11V, a scapito della durata della batteria. Se desideri una maggiore durata della batteria, puoi impostare il valore a 12,2 o 12,5V, ad esempio. Tuttavia vi sarà una minore capacità di accumulo di energia.

Non posizionare una batteria al piombo in un contenitore chiuso. Metti un fusibile nel filo positivo tra la batteria e il regolatore di carica solare il più vicino possibile alla batteria. Puoi monitorare la tensione con un voltmetro digitale. Se vuoi saperne di più sulle batterie, la Battery University è un buon punto di partenza.

Cablaggio

I regolatori di carica solare collegano tutti gli altri componenti: la batteria, il pannello solare e il carico elettrico (ovvero i dispositivi che andrai ad alimentare). Un regolatore di carica solare dovrebbe avere sei fili sporgenti: due per la batteria, due per il pannello solare e due per il carico elettrico. È necessario unire sempre i componenti nell’ordine descritto di seguito.

1. Collegare la batteria al regolatore di carica solare (simbolo della batteria)
2. Collegare il pannello solare al regolatore di carica solare (simbolo del pannello solare)
3. Collegare il carico elettrico al regolatore di carica solare (simbolo della luce)

Per staccare la spina bisogna procedere nella direzione opposta:

1. Scollegare il carico elettrico dal regolatore di carica solare (simbolo della luce)
2. Scollegare il pannello solare dal regolatore di carica solare (simbolo del pannello solare)
3. Scollegare la batteria dal regolatore di carica solare (simbolo della batteria)

Non collegare mai il pannello solare al regolatore di carica se esso non è collegato alla batteria. Pensa alla batteria e al regolatore di carica come una singola unità. Puoi evitare errori costosi lavorando sugli impianti solari dopo il tramonto, o coprendo i pannelli solari durante il giorno.

Come costruire un sistema solare senza batterie di accumulo?

Un sistema ad energia solare diretta non ha bisogno né di una batteria né di un regolatore di carica. Il pannello solare è collegato direttamente al dispositivo da alimentare o ha in mezzo un convertitore DC-DC. Alcuni dispositivi DC possono funzionare anche con tensioni fluttuanti, come ad esempio le ventole, le pompe e altri dispositivi con un motore DC. Il motore funzionerà più velocemente o più lentamente a seconda della tensione. Gli elementi riscaldanti possono funzionare anche a tensioni diverse. Tuttavia, altri apparecchi, come tutti i dispositivi elettronici, necessitano di una tensione d’ingresso precisa e costante. Un convertitore DC-DC è essenziale per fornire una tensione d’ingresso stabile.

Convertitori DC-DC

Un convertitore DC-DC è un modulo elettronico che converte la tensione d’ingresso da un pannello solare (o un’altra fonte) in una tensione d’uscita costante per un dispositivo: ad esempio, 5V per i gadget USB, e da 12 a 20V per gli utensili elettrici. I convertitori “step down” o “buck” abbassano la tensione d’uscita rispetto alla tensione d’ingresso. I convertitori “boost” aumentano la tensione in modo simile. Un convertitore DC-DC comporta perdite di energia, ma queste sono inferiori alle perdite di batterie, invertitori e adattatori AC/DC.

Per i sistemi solari senza accumulo di batterie, devi sapere che i pannelli solari da 12V producono più di 12V. In pieno sole, la tensione d’uscita sarà più vicina a 20V. Lo stesso vale per i pannelli solari da 24V, che avranno una tensione di uscita di circa 32V. L’indicazione 12V o 24V si riferisce solo al tipo di sistema di batterie per il quale è previsto l’utilizzo. Di conseguenza, se si desideri alimentare dispositivi a 12V direttamente su un pannello solare, è necessario un modulo DC-DC che converta l’ingresso da 20V in un’uscita costante da 12V (a meno che l’apparecchio non sia disposto a funzionare con tensioni diverse). Se desideri utilizzare dispositivi a 5V, hai bisogno di un modulo con un’uscita costante a 5V.

Fai attenzione a creare il modulo elettronico corretto. Il convertitore DC-DC più versatile accetta un’ampia gamma di tensioni di ingresso e le converte in qualsiasi tensione di uscita desiderata. Questo tipo di convertitore DC-DC può essere collegato direttamente ad un pannello solare e alimentare tutti i dispositivi, indipendentemente dalla tensione con cui funzionano. Tali moduli consentono di regolare la tensione di uscita ruotando una piccola vite o premendo un pulsante. Alcuni convertitori “buck” e “boost” hanno un piccolo schermo digitale che mostra la tensione di uscita. Altrimenti, utilizza un multimetro per regolare la tensione in uscita.

Altri convertitori DC-DC necessitano di un ingresso di tensione preciso, in modo da essere collegati solo ad una fonte di tensione stabile, come ad esempio una batteria da 12V. Esistono anche convertitori DC-DC con una tensione di ingresso variabile ma una tensione di uscita fissa. Questi possono essere collegati direttamente ad un pannello solare, ma procuratene uno con una tensione di uscita specifica a seconda del dispositivo che desideri alimentare.

Cablaggio

Il cablaggio di un sistema solare diretto senza accumulo a batterie è semplice. Se non vi è un convertitore DC-DC, avvitare il + e il - del pannello solare al + e al - dell’apparecchio. Poni un fusibile in mezzo. Facoltativamente, aggiungi un pulsante di on/off. Assicurati che il dispositivo che alimenti possa ricevere la tensione fornita dal pannello solare.

Se il tuo impianto solare fotovoltaico diretto dispone di un convertitore DC-DC, collega il positivo e il negativo del pannello solare al positivo e al negativo dell’ingresso del convertitore DC-DC. Poi, unisci il positivo ed il negativo dell’uscita del convertitore DC-DC al positivo e al negativo del dispositivo. Poni un fusibile in mezzo. Alcuni moduli richiedono la saldatura dei fili, mentre altri hanno viti o tasselli. Se il tuo convertitore DC-DC ha un’uscita a tensione variabile, puoi utilizzare il pannello solare per diversi tipi di apparecchi ruotando la vite. In alternativa è possibile realizzare un pannello di controllo per utilizzare più dispositivi con voltaggi diversi.

Come dimensionare pannelli solari, batterie e altri componenti?

È necessario dimensionare correttamente tutti i componenti di un impianto solare affinché funzionino insieme. Ciò è molto più semplice per un sistema solare diretto rispetto a un sistema solare con accumulo a batterie.

Dimensioni di un sistema solare senza batterie

In un sistema solare diretto, il dimensionamento del pannello solare non è difficile. È necessario abbinare la produzione di energia del pannello ai dispositivi che si desidera caricare o alimentare. Tuttavia, i pannelli solari raramente raggiungono la loro massima produzione energetica, quindi dovresti sovradimensionarli leggermente. Ad esempio, scegli un pannello solare con una produzione di energia pari al doppio del consumo energetico dei dispositivi che desideri collegare. Se volessi farlo funzionare anche con tempo nuvoloso, dovresti scegliere un pannello ancora più grande. Una leggera copertura nuvolosa ha scarsi effetti sulla produzione di energia, mentre una fitta copertura nuvolosa potrebbe quasi fermarla.

Se utilizzi un PC direttamente su un pannello solare, questo richiederà molta più energia durante la ricarica rispetto a quando la batteria è completamente carica (o quando funziona senza batteria). Un pannello solare può essere abbastanza grande da alimentare un PC ma non da caricarne la batteria.

Dimensioni di un sistema solare con batterie

Calcolare la dimensione di un pannello solare per un impianto fotovoltaico con batteria è molto più complicato e comporta anche l’ulteriore difficoltà nella scelta della dimensione della batteria. Un sistema di energia solare con batteria avrà bisogno di un pannello più grande per immagazzinare più energia per la notte ed i periodi di maltempo. È inoltre necessario tenere conto delle condizioni del clima locale. Nei climi meno soleggiati con maggiori differenze stagionali, sono necessari pannelli molto più grandi per caricare le batterie in inverno. Inoltre, le perdite di carica e scarica raggiungono il 20-30% nelle batterie al piombo e circa il 10% nelle batterie agli ioni di litio.

Accumulo di energia per la notte

Per quanto riguarda le dimensioni di un pannello solare per un sistema solare diretto, è necessario considerare solo la potenza. ⁷ Tuttavia, per un impianto solare con batteria, è necessario calcolare anche la quantità di energia necessaria. Il consumo di energia corrisponde alla potenza moltiplicata per il tempo. Ad esempio, se desideri far funzionare un sistema di illuminazione da 20W per 6 ore dopo il tramonto, avrai bisogno di 6 ore x 20 watt di potenza = 120 watt/ora di energia.

Energia (watt/ora) = potenza (watt) x tempo (ore)

Trovare la batteria ed il pannello solare della giusta dimensione può sembrare complicato all’inizio perché per calcolare la dimensione di uno è necessario conoscere la dimensione dell’altro. Perciò, da dove iniziare? Il miglior punto di partenza solitamente è determinare la dimensione della batteria necessaria. Se ci atteniamo all’esempio precedente, tenere le luci accese per sei ore richiede un accumulo di energia di 120 watt/ora.

Tuttavia, non è possibile scaricare completamente le batterie. Le batterie al piombo non dovrebbero scendere al di sotto del 50% della loro capacità massima e, per quelle agli ioni di litio, del 15%. Se hai bisogno di 120 Wh di capacità di accumulo, avrete bisogno di una batteria al piombo da 240 Wh (o una batteria agli ioni di litio da 138 Wh). In secondo luogo, dovresti anche prendere in considerazione le perdite di carica e scarica, che aggiungono almeno il 20% (o 48 Wh) al totale, risultando in una capacità di accumulo della batteria al piombo di 288 Wh (10% per il litio, ovvero 152 Wh). Per trovare la giusta dimensione della batteria, è necessario convertire questo valore in ampère-ora perché è così che viene specificata la capacità di accumulo delle batterie. Per una batteria al piombo da 12V, 288 watt/ora corrispondono a 24 ampère-ora (Ah) (288/12=24) di capacità di accumulo della batteria.

Ora che conosci la dimensione della batteria, puoi determinare la dimensione del pannello solare. Come minimo, deve essere abbastanza grande da caricare completamente la batteria durante il bel tempo nel giorno più corto dell’anno. Questo è il minimo perché le batterie al piombo necessitano regolarmente di una ricarica completa per mantenersi in salute. Se vivi in una zona in cui le nuvole sono frequenti, è meglio dimensionare il pannello solare per caricare completamente la batteria con una copertura nuvolosa moderata. Se durante il giorno viene utilizzata anche l’energia solare, questa incrementa la superficie totale dei pannelli solari.

Per le batterie al piombo, questo calcolo dovrebbe iniziare con un valore pari solo alla metà della capacità della batteria. Non stai scaricando la batteria al piombo al di sotto del 50%, quindi il pannello solare deve caricare solo il 50% (o meno) della capacità di accumulo. Ad esempio, per caricare completamente una batteria da 288 watt/ora è necessario che il pannello solare fornisca 144 watt/ora.

Quindi inizia con una dimensione casuale del pannello e vedi cosa offre. Nell’esempio precedente, un pannello solare da 50 watt che funziona a metà della sua potenza (25W) produrrà 144 watt/ora in meno di 6 ore, ovvero sembra che potrebbe caricare completamente una batteria nel luogo in cui vivo. Al contrario, un pannello solare da 20 watt che funziona a metà della sua capacità impiegherebbe 14,4 ore, cosa che non accadrà.

Accumulo di energia in caso di maltempo

La capacità di accumulo della batteria sopra menzionata ti consentirà di passare la notte solo dopo una ricarica completa della batteria. Tuttavia, non manterrà attive le luci la sera se il tempo durante il giorno è sfavorevole. Per risolvere questo problema è possibile estendere lo spazio di accumulo della batteria o la superficie del pannello solare.

L’opzione più efficiente dal punto di vista energetico ed economico è installare più pannelli solari, o pannelli più grandi, e mantenere invariata la capacità di accumulo della batteria perché i pannelli solari sono molto più economici e consumano meno energia delle batterie. Man mano che la superficie del pannello solare aumenta, caricherà completamente la batteria anche con una copertura nuvolosa. Tuttavia, è necessario lo spazio sufficiente per la superficie del pannello solare, cosa non sempre disponibile.

Se desideri affidabilità grazie ad un sistema a batterie più esteso, moltiplica la capacità della batteria richiesta per il numero di giorni di maltempo in cui hai bisogno di energia. Ad esempio, se hai bisogno di una batteria da 24 Ah per far funzionare le luci per una sera, avrai bisogno di una batteria da 3 x 24 Ah = 72 Ah per compensare tre giorni senza produzione di energia. Questo è lo scenario peggiore e, invece di aggiungere capacità di stoccaggio, è anche possibile ridurre la domanda di energia utilizzando meno luce o impiegandola per un periodo più breve. Le dimensioni della batteria sono sempre un compromesso tra affidabilità da un lato, e costi (sia finanziari che energetici) dall’altro, quindi una certa risposta dal lato della domanda è inevitabile. ⁸

Dopo aver deciso quale batteria ti serve, devi anche aumentare la superficie del pannello solare. Tutte le batterie devono essere caricate. Calcola come menzionato in precedenza.

Online Tools

Ho dimensionato tutte le mie installazioni solari su piccola scala utilizzando i calcoli approssimativi sopra menzionati e mediante esperimenti. Tuttavia, è possibile anche utilizzare calcolatrici online. Dopo aver selezionato la tipologia di impianto (scegliere “off-grid”) e la propria latitudine, inserisci i valori di potenza fotovoltaica di picco installata (in Wp), capacità della batteria (in Wh), limite di interruzione scarica (in %), consumo energetico (in Wh), angolo di inclinazione della pendenza (in gradi) e azimut (in gradi, la posizione del pannello fotovoltaico rispetto alla direzione verso Sud). Così facendo, puoi ottenere una stima della produzione energetica giornaliera per tutti i mesi dell’anno. Puoi quindi giocare con le diverse variabili per ottenere la produzione e lo stoccaggio di energia minimi necessari.

Dimensioni di altri componenti: regolatori di carica, convertitori DC-DC, fili, connettori e fusibili

Una volta determinate le dimensioni del pannello solare e, se necessario, della batteria, è possibile dimensionare tutti gli altri componenti: regolatore di carica, convertitore DC-DC, cavi, fusibili, connettori e interruttori. In questo caso, la “dimensione” non si riferisce tanto alle dimensioni effettive, ma piuttosto alla quantità di potenza che può fluire attraverso un componente. Ciascun componente richiede la corretta tensione (V) e corrente (A). Scegli la giusta “dimensione” del convertitore DC-DC per un impianto di energia solare diretta. Scegli la giusta “dimensione” del regolatore di carica solare in un sistema solare con accumulo di batterie. In entrambi i casi, ottieni la giusta “dimensione” di cavi, fusibili, connettori e interruttori.

Regolatori di carica e convertitori DC-DC

Sia i regolatori di carica (da utilizzare con un sistema solare a batteria) che i convertitori DC-DC (da utilizzare con un sistema solare diretto) devono essere compatibili con la tensione prodotta dal pannello solare. Se utilizzi un pannello solare da 12V e una batteria da 12V, avrai bisogno anche di un regolatore di carica da 12V. D’altro canto, se si utilizza un pannello solare da 12V senza batteria, è necessario un ingresso del convertitore DC-DC che corrisponda alla tensione di uscita del pannello solare (19-20V in pieno sole).

Se il tuo pannello solare produce 3A di corrente, hai bisogno di un convertitore DC-DC o di un regolatore di carica solare che supporti almeno 3A di corrente.

Tuttavia, è altrettanto importante che entrambi i componenti possano sopportare la quantità di corrente (A) che li attraversa. Ciò richiede che tu sappia quanta corrente viene prodotta dai tuoi pannelli solari, informazioni che puoi trovare sul retro. Puoi anche misurarlo con un multimetro. Ad esempio, se il tuo pannello solare produce 3A di corrente, avrai bisogno di un convertitore DC-DC o di un regolatore di carica solare che supporti almeno 3A di corrente. Con due di questi pannelli collegati in parallelo, sono necessari componenti che possano assorbire 6A di corrente. I convertitori DC-DC più economici richiedono solo da 2A a 5A, mentre i regolatori di carica solare più economici richiedono un massimo di 5A. I regolatori di carica e i convertitori DC-DC diventano più costosi all’aumentare della loro capacità attuale.

Fili

Il cavo elettrico è disponibile in molti diametri. Assicurati che i cavi siano sufficientemente spessi per la corrente che li attraversa, altrimenti rischi un incendio elettrico. I sistemi elettrici a bassa tensione necessitano di cavi di diametro maggiore rispetto ai sistemi ad alta tensione perché attraverso di essi scorre più corrente. Fare la scelta giusta può creare confusione a causa di numerosi standard, nessuno dei quali è di facile comprensione. Una soluzione è cablare tutti i componenti con un cavo di diametro relativamente grande, come 20 AWG (massimo 11A) o 18 AWG (massimo 16A). La scelta di un cavo più spesso consente di estendere l’installazione solare in un secondo momento senza aggiornare i cavi. L’unico svantaggio dei fili più spessi è che sono più costosi. Una soluzione economica è riutilizzare i cavi elettrici di elettrodomestici scartati, che puoi tagliare per esporre i fili positivo e negativo.

Fusibili

Il fusibile è un componente di sicurezza essenziale che interrompe il flusso di energia elettrica nel circuito. È possibile costruire un impianto solare senza fusibili, ma in caso di cortocircuito si corre il rischio di un incendio elettrico o di danni ai componenti. Un fusibile deve avere una capacità di corrente massima che superi leggermente il flusso di corrente di picco nel sistema. Se c’è un cortocircuito, la corrente aumenterà e il fusibile si brucerà. Una volta risolto il problema è possibile sostituire il fusibile.

Un fusibile deve avere una capacità di corrente massima che superi leggermente il flusso di corrente di picco nel sistema.

Se la corrente massima nel tuo sistema è 5A, procurati un fusibile da 6A o 7A. La corrente massima del tuo sistema è determinata dal pannello solare e dalla batteria. In un sistema di energia solare a batteria, è importante tenere presente che la corrente che scorre tra la batteria e il carico elettrico potrebbe essere superiore alla corrente che scorre tra il pannello solare e la batteria. Questo è il caso se si collega un apparecchio ad alta potenza alla batteria (tramite o bypassando il regolatore di carica). Pertanto, potrebbero essere necessari cavi più spessi e fusibili più pesanti tra la batteria e il dispositivo. Infine, se desideri utilizzare misuratori di potenza nel tuo circuito, dimensionali in base alla tensione e alla corrente che fluiscono attraverso il tuo sistema.

I fusibili dovrebbero essere vicini alla fonte di alimentazione (pannello solare o batteria), ma fusibili aggiuntivi possono proteggere i dispositivi da problemi con i convertitori DC-DC. Esistono due tipi di fusibili: quelli tradizionali che consistono in un tubicino di vetro inserito in un portafusibili oppure quelli più recenti che assomigliano a delle schede e sono più facili da sostituire. Un interruttore automatico può essere un’alternativa ad un fusibile.

Connettori

Hai bisogno di connettori se colleghi due fili, come quando inserisci un fusibile in un circuito. Esistono molti tipi di spine. Alcuni di questi richiedono di avvitare i fili nel connettore. Altri funzionano senza cacciavite. Ho utilizzato strisce di connettori e connettori a leva per la maggior parte dei sistemi. Si possono anche saldare i fili tra loro. Uno strumento pratico è uno spelafili per rimuovere il rivestimento protettivo all’estremità di ciascun filo, esponendo il rame. I connettori hanno spesso una capacità di potenza massima di 10A o 20A, quindi sono adatti alla maggior parte dei sistemi di energia solare su piccola scala.

Interruttori

Gli interruttori consentono di aprire e chiudere i circuiti elettrici. Sono utili quando si divide la potenza, inviando corrente elettrica ad alcuni dispositivi ma non ad altri. Il tipo più semplice di interruttore ha un ingresso e un’uscita (ad esempio, a “on-off”). Questo è posizionato nel filo positivo, proprio come un fusibile. Gli interruttori on-off che si illuminano quando sono attivi sono un po’ più complessi da cablare. ⁹

Come costruire la struttura di supporto?

È una buona idea fissare un pannello solare su un supporto. Ciò lo rende più utile e offre protezione a un dispositivo che dovrebbe durare 30 o più anni. Le strutture di supporto disponibili in commercio per i pannelli solari spesso costano più dei pannelli solari. Questo è uno dei motivi per cui conviene realizzare la propria struttura, oltre al fatto che ti consente di adattarla ad una posizione specifica. Esistono molti modi per costruire strutture di supporto per pannelli solari, sia per uso fisso che portatile. Documento semplicemente i progetti (fissi) che ho realizzato io stesso, utilizzando principalmente legno di scarto e giunti metallici. Puoi anche fissare i pannelli solari a strutture esistenti, come un cavalletto, la vecchia struttura del letto o qualunque cosa tu possa trovare.

Come fissare il pannello al telaio?

Utilizzo due metodi per collegare i pannelli solari alle strutture. Il primo metodo consiste nel cercare pezzi di legno che abbiano più o meno lo stesso spessore del pannello solare, farli scorrere all’interno del telaio e avvitarli nei quattro fori predisposti del telaio in alluminio del pannello solare (i pannelli più piccoli hanno solo due fori) . Idealmente, si inserisce un pezzo di legno per due fori, ma vanno bene anche quattro pezzi di legno.

Successivamente, collega questi pezzi di legno con altre due parti di legno posizionate trasversalmente sopra di essi. Il pannello solare è ora saldamente fissato ad una struttura in legno. Metti abbastanza legno sotto il pannello solare dove fisserai le cerniere (vedi più avanti), che fissano il pannello solare alla parte inferiore della struttura e ti permettono di regolarlo a diversi angoli di inclinazione. La struttura di supporto inferiore deve rimanere stabile anche se il pannello è in posizione verticale (a meno che tu non lo voglia).

Fai attenzione perché i pannelli solari sono delicati. Quando avviti il legno nel pannello solare, assicurati che la vite non sia abbastanza lunga da penetrare il pannello solare. Anche una piccola foratura in un pannello solare può essere sufficiente a far sì che smetta di funzionare per sempre. Inoltre, occorre prestare molta attenzione quando si maneggia un pannello solare con la parte anteriore poggiata su una superficie, cosa che accade, ad esempio, quando lo si avvita contro un supporto di legno. Assicurati che nessuna vite sia nascosta sotto al pannello solare quando eserciti pressione su di esso.

Il secondo metodo consiste nel costruire una cornice attorno al pannello solare come se fosse un dipinto. La parte posteriore del telaio è una sottile tavola di legno, leggermente più grande del pannello su tutti e quattro i lati. Fai un buco al centro della tavola per far passare i cavi dei pannelli solari. Poi avvita le doghe di legno sul lato del pannello in modo che il pannello solare si adatti. Infine, aggiungi alcuni pezzi di metallo o legno sulla parte superiore del telaio per garantire che il pannello solare rimanga fissato all’interno del telaio. È quindi possibile aggiungere una cerniera e collegare la struttura superiore a una struttura di supporto inferiore.

Come regolare l’inclinazione e la rotazione del pannello solare?

Poiché l’elevazione e l’orientamento del sole variano durante il giorno e l’anno, un pannello solare con posizione fissa non sfrutta in modo ottimale l’energia solare. Genererà la sua massima capacità solo se perpendicolare ai raggi del sole.

La maggior parte dei sistemi convenzionali dispone di pannelli solari con angolo e orientamento fissi. Gli impianti solari su piccola scala possono funzionare anche con angoli fissi. Tuttavia, a differenza dei sistemi su tetto, i pannelli solari sono solitamente a portata di mano, il che rende possibile aggiungere un meccanismo manuale che permetta di variare l’inclinazione ed eventualmente anche la rotazione del pannello solare. La regolazione dell’angolazione può avvenire ad ogni cambio di stagione, mentre il pannello solare può ruotare un paio di volte al giorno. Tutto questo può avvenire automaticamente tramite l’elettronica, ma anche manualmente. Puoi anche regolare l’orientamento di un pannello solare girando l’intera struttura di supporto verso il sole se essa è sufficientemente mobile. Ciò è particolarmente utile quando l’energia solare a trasmissione diretta fa funzionare un apparecchio che richiede la tua attenzione, come un elettroutensile.

L’aggiunta di entrambi i meccanismi complica la progettazione. Solitamente, però, è sufficiente una struttura di sostegno che permetta al pannello di variare la sua inclinazione a seconda delle stagioni. Inclinare i pannelli in una posizione quasi verticale è la chiave per raccogliere sufficiente energia solare durante l’inverno, quando le carenze energetiche sono più probabili.

L’angolazione ottimale di un pannello solare dipende dalla stagione e dalla posizione. Puoi calcolarlo rapidamente con degli strumenti online. Ad esempio, a Barcellona in Spagna (41 gradi di latitudine), l’inclinazione ottimale dei pannelli solari varia da 26 gradi (dalla verticale) a dicembre a 72 gradi a giugno. Un angolo fisso di circa 40 gradi rispetto alla verticale è un compromesso in cui i pannelli sono posizionati meglio per l’inverno che per l’estate.

Per i pannelli solari con inclinazione fissa utilizzo cerniere di grandi dimensioni e travi di sostegno in pezzi di legno con giunti metallici. Decido l’angolo e poi calcolo la lunghezza delle travi di legno usando la geometria. Per i pannelli solari con inclinazione variabile utilizzo metodi diversi. Per i pannelli solari più grandi che rimangono all’esterno con qualsiasi tempo, sostituisco le travi di sostegno in legno con altre più lunghe o più corte a seconda della stagione. Naturalmente si potrebbe anche progettare un sistema più sofisticato che permetta di regolare l’inclinazione del pannello solare senza modificare i raggi.

Per i pannelli solari più piccoli, utilizzo le cerniere per fissare travi di supporto di diverse dimensioni oppure utilizzo una vite a farfalla per allentare e modificare l’inclinazione. Tuttavia, questi metodi non sono adatti per l’uso all’aperto in caso di vento.

Dove mettere i pannelli solari?

I sistemi di energia solare su piccola scala possono essere mobili o statici. Puoi posizionarli su davanzali, balconi, terrazze e patii. Puoi metterli in uno zaino e portarli con te. Possono anche trovarsi all’interno, vicino ad una finestra. Ho uno di questi pannelli su una scrivania davanti a una finestra. Si collega a una batteria, un controller di carica e una luce integrata. Funziona bene in inverno, quando il sole è basso nel cielo e la luce solare penetra in profondità nella stanza. Raccogliere l’energia solare all’interno di un edificio potrebbe non essere la soluzione più efficiente, ma in questo modo la struttura del pannello solare non deve resistere al vento e alla pioggia.

Si ricordi che in alcune città e paesi le autorità potrebbero aver vietato l’uso di pannelli solari sulla facciata di un edificio. A Barcellona, ad esempio, è consentito solo se i pannelli solari non sono visibili dalla strada.

Come fissare in sicurezza le strutture dei pannelli solari?

I tuoi pannelli solari non possono cadere dal davanzale della finestra o dal balcone. Costruisci una struttura di supporto abbastanza robusta. Essa dovrebbe rimanere al suo posto anche durante un temporale. Ho inserito le mie strutture di supporto tra il telaio della finestra e un portapiante in metallo, e probabilmente non avrei osato installare i pannelli sui miei davanzali stretti senza questo supporto. Ho anche appesantito le basi della struttura con rocce e batterie al piombo defunte. Infine, ho legato le strutture di sostegno alle ringhiere metalliche. Meglio prevenire che curare.

I pannelli solari sui balconi di solito comportano meno rischi di cadere dall’edificio. Tuttavia, rendili pesanti o resistenti perché i pannelli solari sono buoni captatori del vento. Ho realizzato due grandi strutture, una per un pannello solare da 30W (che gestisce questo sito web ad energia solare) e una per due pannelli da 50W, che alimentano il soggiorno. La struttura più piccola contiene un grande contenitore per piante, mentre la struttura di supporto più grande funge anche da baule pieno di oggetti. Tutti i miei pannelli solari sono sopravvissuti a diverse tempeste senza alcun danno.

Come suddividere l’alimentazione ed utilizzare contemporaneamente vari dispositivi

Dopo aver costruito un sistema di energia solare, puoi collegarvi un carico elettrico. Se l’impianto solare ha un solo scopo, collega il dispositivo elettrico al regolatore di carica solare, al convertitore DC-DC o al pannello solare. Potresti anche volere un interruttore per accendere e spegnere il sistema.

Tuttavia, in altri casi, potresti volere maggiore flessibilità. Ad esempio, potresti voler dividere la potenza per far funzionare più apparecchi contemporaneamente o alternativamente sullo stesso impianto solare. Ciò è semplice se tutti i dispositivi funzionano con la stessa tensione. Hai solo bisogno di un connettore con due ingressi (più e meno) da un lato e più uscite dall’altro. Potresti anche voler aggiungere interruttori on-off per ogni circuito invece di (o in aggiunta a) un interruttore per l’intero sistema. Se invece desideri utilizzare apparecchi che funzionano con tensioni diverse, è necessario dividere la potenza e inserire in ciascun circuito il convertitore DC-DC appropriato.

La suddivisione della potenza funziona per impianti solari diretti e sistemi solari con batteria. Tuttavia, costruiscili in modo leggermente diverso. Quando utilizzi una batteria e un regolatore di carica solare, la tensione di uscita è stabile a 12V o 24V. Se tutti i tuoi dispositivi funzionano a 12V o 24V, la divisione della potenza può avvenire senza alcun convertitore DC-DC. Se vuoi includere anche un circuito che necessita di una tensione diversa (ad esempio 5V per caricare i dispositivi USB), puoi utilizzare un convertitore DC-DC con una tensione di ingresso stabile (12V/24V) e una tensione di uscita di 5V.

Al contrario, quando utilizzi direttamente un pannello solare, la tensione di uscita dipende dalle condizioni solari. Inoltre, spesso questa è superiore a quello di cui hanno bisogno i tuoi dispositivi. Quando tutti i tuoi apparecchi funzionano con la stessa tensione, ad esempio 12V, installa un convertitore DC-DC che accetti una tensione di ingresso variabile e produce la tensione di uscita desiderata. Poi, si divide il potere. Quando i tuoi dispositivi funzionano con tensioni diverse, prima dividi l’alimentazione e poi inserisci un convertitore DC-DC in ogni circuito. Dividi nuovamente la potenza se desideri una seconda uscita con la stessa tensione di uscita.

Se il tuo sistema solare è dotato di batteria e regolatore di carica, e tutti i tuoi dispositivi funzionano con la stessa tensione, puoi anche utilizzare i tipici connettori da 12V/24V. Si possono collegare o scollegare a seconda dell’apparecchio che desideri utilizzare. Se disponi di più prese di corrente, puoi utilizzare più dispositivi contemporaneamente.

Come includere gli strumenti di misurazione?

Un impianto solare funziona perfettamente senza strumenti di misura, ma questi sono utili per comprendere e mantenere il tuo sistema. Ti aiutano anche a ottimizzare l’efficienza energetica.

Misuratore di tensione della batteria

Se il tuo sistema di energia solare include una batteria, aggiungi un voltmetro. Sebbene la maggior parte dei regolatori di carica mostri la tensione della batteria, spesso è necessario premere un pulsante per visualizzarla. Al contrario, se aggiungi un voltmetro direttamente alla batteria, puoi sempre sapere lo stato della batteria in un batter d’occhio. I voltmetri digitali possono essere molto luminosi, quindi se vuoi spegnerlo di notte, aggiungi un interruttore on-off.

Leggere un misuratore di tensione della batteria richiede un po’ di pratica.

Leggere un misuratore di tensione della batteria richiede un po’ di pratica. La tensione della batteria generalmente non dovrebbe scendere sotto i 12V (24V nel caso di una batteria da 24V). Tuttavia, la tensione della batteria riflette la corretta capacità di accumulo solo quando non vi è un’alimentazione attiva (il pannello solare non funziona) e nessun carico elettrico (nessun dispositivo collegato). Se in questa situazione il misuratore della batteria indica 12V, non scaricarla ulteriormente per evitare un invecchiamento precoce. Se indica 12,9 o 13V, la batteria è completamente carica. Man mano che la batteria invecchia, quest’ultimo valore diminuirà gradualmente (12,6V è un valore tipico per una batteria più vecchia completamente carica).

Se si accende un carico elettrico, la tensione diminuisce e non riflette più la capacità di accumulo della batteria. Se il pannello solare è attivo, la tensione della batteria aumenta e non corrisponde più alla capacità di accumulo.

In pieno sole, la tensione della batteria supererà rapidamente i 13V. Se colleghi un dispositivo ad alto consumo energetico al regolatore di carica solare di notte, la tensione della batteria potrebbe scendere al di sotto di 12V. Tuttavia, in entrambi i casi, la capacità di accumulo della batteria potrebbe essere la stessa, ad esempio 12,4V. Pertanto, per conoscere la capacità di accumulo della batteria, è necessario controllare la tensione di notte con il carico elettrico spento. Ci vuole un po’ di tempo prima che la tensione si stabilizzi, quindi lasciagli il tempo di ottenere una stima esatta.

Questo può sembrare complicato, ma una volta che conosci il tuo sistema, puoi stimare la capacità di stoccaggio anche quando la batteria si sta caricando o scaricando. Ad esempio, quando accendo l’illuminazione nel mio ufficio, la tensione della batteria scenderà da 12,9V a circa 12,1V. Dopo alcune ore di utilizzo, sarà a 11,7V o 11,8V. Tuttavia, quando spengo l’illuminazione a fine serata, la tensione ritorna a 12,5V o 12,6V. Quando la batteria è in carica durante il giorno, la lettura della tensione indica lo stato di carica. Ad esempio, quando la sua tensione aumenta e diminuisce ripetutamente (tra circa 13 e 15V), la batteria è completamente carica.

Misuratori di watt, volt e corrente

Altri strumenti pratici sono i misuratori di watt, tensione e corrente. Puoi metterli tra il pannello solare ed il regolatore di carica solare, ma anche tra il regolatore di carica solare ed il carico. Nel primo caso misurano la potenza prodotta dal pannello solare. Nel secondo caso misurano la potenza utilizzata dagli elettrodomestici. La maggior parte dei regolatori di carica solare includono queste misurazioni nel proprio menu, ma la navigazione è spesso complicata.

In un sistema solare a trasmissione diretta senza convertitore DC-DC, l’utilizzo di energia del carico elettrico sarà sempre uguale alla produzione di energia del pannello solare. Pertanto è sufficiente uno strumento di misura. Tuttavia, quando si utilizza un convertitore DC-DC, è possibile inserire un dispositivo di misurazione prima e dopo. Questi dati riveleranno le perdite di energia del convertitore.

Gli strumenti di misura possono essere digitali o analogici. Personalmente preferisco che i misuratori di tensione della batteria siano digitali perché sono visibili a distanza. I misuratori V&A che mostrano valori fluttuanti possono essere entrambe le cose. I wattmetri sono difficili da trovare nella versione analogica.

Cablaggio

I voltmetri sono collegati in parallelo. Ad esempio, si collegano il filo positivo e negativo di un voltmetro al terminale positivo e negativo di una batteria. I wattmetri digitali hanno due fili in entrata e due fili in uscita. I misuratori di corrente sono un po’ più complessi da cablare, come rappresentato nella seguente illustrazione.

Molte persone si sentono più a loro agio con i watt che con la tensione e la corrente. Tuttavia, sebbene un wattmetro sia un’aggiunta preziosa a un impianto solare, è importante avere anche letture di tensione e corrente, poiché forniscono più dati per risolvere eventuali problemi. Un voltmetro è utile per scopi di controllo, soprattutto nei sistemi solari diretti. Ad esempio, può essere utile per verificare se un convertitore DC-DC produce la tensione di uscita corretta o per conoscere l’esatta tensione di uscita di un pannello solare.

I misuratori di corrente sono utili per ottimizzare l’efficienza energetica. In un sistema solare a batteria, avere misuratori di corrente su entrambi i lati del regolatore di carica solare consente di sfruttare quanta più energia solare in eccesso possibile. Se la ricarica della batteria è prossima al completamento, il pannello solare non produrrà più la sua piena potenza e vedrai il misuratore di corrente abbassarsi. Ciò significa che stai sprecando energia solare. Tuttavia, dal momento in cui colleghi un elettrodomestico (o accendi un circuito con interruttore), vedrai il contatore di corrente sia del carico elettrico che del pannello solare salire fino a raggiungere un limite: stai quindi utilizzando tutta l’energia solare disponibile prodotta dal pannello solare. In questo modo, l’energia solare che altrimenti andrebbe sprecata può caricare un PC o far funzionare uno strumento elettrico.

Pannelli di controllo e prese di corrente

Se aggiungi interruttori on-off e strumenti di misura, puoi organizzare questi componenti su un pannello di controllo, preferibilmente nello stesso posto.

Inizia cablando il sistema senza pannello di controllo per garantire che tutto funzioni, quindi smontalo di nuovo. Successivamente, misura tutti i componenti e disegna il pannello di controllo. Quindi, scegli un materiale (cartone, legno, metallo, plastica), ritaglia tutti i fori per gli interruttori e gli strumenti di misura ed inserisci tutti i componenti. Infine cabla tutto e costruisci una scatola attorno al pannello di controllo. I convertitori DC-DC possono essere posizionati dietro il pannello di controllo a meno che non si desideri poter aggiustare regolarmente la tensione in uscita. Se disponi di strumenti di misura e pulsanti di accensione, il regolatore di carica solare può essere posizionato anche dietro al pannello di controllo. Realizza l’esterno in modo da poterlo aprire facilmente per manutenzione, riparazione o regolazione.

Inoltre, pensa alle prese di corrente. Dove vuoi poter collegare i tuoi dispositivi e che tipo di connettori utilizzerai? La controparte della presa di corrente da 12V (la cosiddetta “presa accendisigari”) è il tipo più comune, ma esistono alternative. Se vuoi utilizzare quelle standard, aggiungi prese al tuo impianto solare (una per ogni circuito) e spine ai tuoi dispositivi. Puoi incorporare i connettori in un pannello di controllo o acquistare prodotti commerciali da avvitare. Puoi anche collegare i dispositivi al tuo sistema solare avvitando i cavi in una morsettiera o saldandoli direttamente all’uscita di potenza. Questo non vale per gli apparecchi che si collegano e scollegano spesso, ma per i carichi che sono sempre collegati (ad esempio una striscia LED). Naturalmente è necessario un interruttore on-off per chiudere il circuito.

Il più grande svantaggio dell’energia a bassa tensione è l’elevata perdita di energia durante la trasmissione, soprattutto per i dispositivi potenti. Pertanto le prese di corrente sono il più vicino possibile al resto del sistema solare. Installa più sistemi anziché un sistema centralizzato con molti metri di cavi di distribuzione. Scegli cavi elettrici più spessi se vuoi distribuire energia a bassa tensione su distanze maggiori. ³

Come ottenere apparecchi a bassa tensione?

L’omissione di un invertitore implica l’utilizzo di apparecchi e dispositivi che funzionano con alimentazione DC a bassa tensione. Non è complicato come sembra. Prima di tutto, molti dispositivi funzionano internamente con un’alimentazione a bassa tensione. Ciò vale per tutti gli apparecchi USB, l’illuminazione a stato solido (LED), altri dispositivi elettronici e gli utensili elettrici wireless. Qualsiasi dispositivo dotato di adattatore, la controparte dell’invertitore, può essere collegato direttamente a una rete a bassa tensione semplicemente sostituendo o modificando il cavo di alimentazione. Ad esempio, puoi far funzionare un PC a bassa tensione sostituendo l’adattatore standard con uno che funziona a 12V per l’uso in auto. ¹⁰ Nella maggior parte dei casi non è necessario adattare i tuoi dispositivi.

In altri casi, regolare un apparecchio su 12V/24V richiede più lavoro e conoscenza. Alcuni dispositivi, come TV digitali e apparecchi LED, possono avere l’adattatore AC/DC al loro interno, il che richiede l’apertura e la rimozione dei componenti. Oppure potrebbe essere necessario sostituire un motore AC con un motore DC. Modificare e realizzare dispositivi a bassa tensione è un argomento troppo ampio per essere discusso in dettaglio in questa guida. Low-tech Magazine approfondirà l’argomento nei suoi manuali futuri. Ad esempio, Marie Verdeil ha convertito una ventola industriale per farla funzionare da 1V a 24V, fornendo fino a 250 watt di potenza di raffreddamento. Può essere alimentata direttamente da un pannello solare (vedi il video) o da una batteria.

Infine, puoi acquistare un vasto assortimento di dispositivi commerciali a 12V o 24V destinati agli utenti di auto, camion, barche a vela e camper. Questi variano dai ventilatori ai bollitori elettrici, ai frigoriferi. Tuttavia, questi prodotti sono relativamente costosi e non sempre di buona qualità. Inoltre, essi sono destinati a spazi ridotti, quindi spesso la loro misura è troppo compatta perché questi divengano pratici nelle situazioni domestiche più comuni. Spesso è meglio modificare un dispositivo esistente o crearne uno da zero.