Analisi di un impianto Fotovoltaico per Camper

Quando si inizia a sperimentare la vita in Camper ci si accorge presto che è necessario dare grande importanza al concetto di autonomia energetica. Le necessità nascono dai servizi che vogliamo utilizzare e che necessitano di energia per poter essere erogati. E così per utilizzare il piano cottura a fornelli è necessario avere una bombola di gas. Lo stesso vale, ad esempio, per un frigorifero cosiddetto trivalente, che appunto ha la possibilità di fare il freddo anche attraverso l’impiego del gas. Altra esigenza importantissima è quella del riscaldamento della cellula, anch’esso necessita di energia e può essere di tipo GAS o Diesel, come pure il riscaldamento dell’acqua per la doccia. Ma ancora, abbiamo bisogno di un minimo di illuminazione e quindi disporre di energia elettrica è fondamentale, sopratutto se ci troviamo in punti sosta senza servizi, dove è necessario essere autonomi nella disponibilità di energia elettrica stoccata, per non parlare poi dell’uso del computer o un televisore o tutti gli accessori di oggi che necessitano di essere ricaricati.

In genere nella vita in Camper le fonti energetiche utilizzate sono il GAS, il Carburante (Diesel) e la Corrente Elettrica. Diciamo subito che per alcune necessità la fonte energetica è quasi obbligatoria e quella su cui proveremo a fissare l’attenzione è quella elettrica.

La nostra casa mobile ha un suo impianto elettrico, separato dall’impianto elettrico della cabina di guida e alimentato da una propria batteria a 12 volt dedicata, oltre alla possibilità di utilizzare una fornitura esterna a 220 volt. Quando non è attiva l’energia esterna 220 volt la cellula usa la sua batteria di servizio, a 12 volt e tutte le utenze, dalla pompa dell’acqua, ai led, alla ventola del riscaldamento, sono funzionanti a 12 volt.

Prima di analizzare lo schema sotto, facciamo una attenta distinzione tra Corrente Continua (DC) e Corrente Alternata (AC), perchè la corrente disponibile può essere di tipo continua o alternata. La prima infatti ha la caratteristica di fornire un flusso di corrente continuo nel tempo ed è immagazzinabile nelle batterie. La seconda fornisce un flusso di corrente che si alterna, secondo un’onda e secondo una frequenza ed quella che solitamente riceviamo dalla rete elettrica delle nostre case. Per il diverso flusso prodotto dalla corrente continua e da quella alternata anche i dispositivi che la ricevono devono essere adeguati a tale fornitura ed in particolare i motori elettrici sono costruiti in maniera diversa se alimentati con uno o l’altro tipo. Semplificando, possiamo dire che la corrente continua è quella che viene dalla batteria di servizio della cellula ed ha una tensione di 12 Volt. Tuttavia, per offrire una disponibilità energetica anche per i servizi che solitamente usiamo nelle nostre case, Notebook, Caricabatterie, Asciugacapelli ed altri elettrodomestici, dentro la cellula vi sono delle prese 220 Volt. Esse sono disponibili in alcuni casi solo quando il Camper è collegato alla rete elettrica esterna. In altri casi esiste un dispositivo chiamato Inverter, che trasforma la corrente continua in corrente alternata a 220 Volt. In questo caso è possibile sfruttare la batteria di servizio per alimentare le utenze a 220 Volt in autonomia (off grid).

A questo punto possiamo concentrarci sulla batteria di servizio della cellula, che diventa la fornitura sia per le utenze a 12 Volt che per quelle a 220 Volt, attraverso l’uso dell’inverter. Vediamo come poter caricare la batteria e poi come meglio sfruttarla. Diverse sono le fonti di carica possibili e generalmente tutti i camper dispongono di due sorgenti:

• Alternatore: dispositivo presente nell’impianto elettrico della cabina di guida. Esso è collegato al motore mediante una cinghia che permette di far ruotare un generatore e produrre energia elettrica che, opportunamente trattata, viene inviata per la ricarica della batteria della cellula, oltre a quella per cui nasce, ovvero la batteria motore.
• Rete Elettrica: attraverso l’allaccio dell’impianto elettrico del camper alla rete elettrica a 220 Volt, un dispositivo carica batteria fornisce la ricarica.

Su alcuni modelli è installato un pannello fotovoltaico ed esso rappresenta la terza ed importante fonte con cui caricare la batteria di servizio, argomento di questo articolo.

L’impianto fotovoltaico

Uno schema minimo di impianto per camper si compone dei seguenti elementi:

• Pannello Fotovoltaico
• Regolatore di Carica
• Inverter

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Il pannello

In commercio ormai ne esistono di diverse tipologie ma a noi interessa analizzare quelli che si possono acquistare per un impianto di casa e quelli più specifici per i Camper e tipologie simili. In entrambe i modelli, possiamo distinguere i pannelli Monocristallino e quelli Poliscristallino. Vediamo brevemente le diversità.

Nel pannello Monocristallino vi è un reticolo di cristalli di silicio sono continui ed orientati tutti nello stesso modo. Hanno un colore più scuro, quasi nero ed hanno un efficienza maggiore quando il sole ha i raggi perpendicolari al piano. Occupano minor spazio a parità di produzione.

Nel pannello Policristallino, i cristalli di silicio sono distribuiti in maniera disordinata. Hanno un colore tendente al blu e la resa è inferiore rispetto al monocristallino quando i raggi solari sono perpendicolari al piano.

La quantità di energia che un pannello è capace di produrre si misura in Watt e la tensione di esercizio può variare da 12 a 48 volt, in base al modello. In genere un impianto di media produzione ha uno, due moduli fotovoltaici per una produzione di 220 Watt circa. Grazie alla formula della potenza in Watt possiamo ricavare l’amperaggio di produzione, per una indicazione più utile alla carica della batteria.

W = A x V, Dove <A> è la corrente espressa in Ampere e <V> è la tensione espressa in Volt.

Se ad esempio abbiamo un pannello da 220 Watt con tensione di 12 Volt, possiamo ricavare dalla formula A = W / V gli Ampere prodotti: 220W/12V= 18,3A

Per il nostro impianto è da preferire il pannello monocristallino, data la sua efficienza e le dimensioni più contenute, il mio consiglio è quello di avere tanti Watt a garanzia di una buona capacità di carica sopratutto in inverno.
Possiamo prendere un pannello Monocristallino di quelli che si acquistano per gli impianti di casa, che hanno la capacità di produrre da 410 a 450 Watt con un ingombro di 180×110 circa, con una tensione di esercizio di circa 36 Volt. Per l’impianto del mio Camper ho scelto un modulo Monocristallino da 410 Watt ed una tensione di 36 Volt. Essendo del tipo impiegato per impianti domestici ha un peso superiore a quello specifico per camper, ma il rapporto tra potenza prodotta e costo è decisamente il migliore.

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Regolatore di carica

Questo dispositivo è il cuore della produzione, esso infatti riceve la corrente prodotta dal pannello e la porta alla batteria perchè venga accumulata. Fondamentalmente esistono due tipi di regolatori di carica, MPPT e PWM. I due sistemi hanno un comportamento diverso, sebbene l’obiettivo sia uguale, e senza dubbio è da preferire il regolatore MPPT.

• Il primo tipo è detto a Tracciamento del punto di massima potenza. Il regolatore MPPT è un controller più recente e sofisticato, capace di ricevere tensioni diverse da quelle della batteria finale e hanno un altissimo rendimento. Inoltre è possibile mettere in serie più pannelli per avere tensione più alte.
• Il secondo e quello a Modulazione di larghezza di impulso, diversamente dall’MPPT, deve ricevere una tensione dal pannello uguale a quella della batteria di destinazione e riduce al minimo la corrente nel momento in cui le batterie sono quasi cariche.

Dopo attente analisi e varie discussioni mi sono orientato verso i prodotti della Victron Energy perché mi sono risultati di ottima qualità e per nulla parsimoniosi nella fornitura di documentazione tecnica, utile per conosce bene il sistema che vogliamo realizzare. Per questo motivo mi sono orientato verso il modello MPPT 100-30 che offre una resa molto alta con un range di tensioni di ingresso e amperaggio in uscita molto interessante. Nella figura è indicato il 100-50, ma è esattamente identico. Grazie al sistema MPPT, il regolatore di carica è capace di ridurre la tensione a circa 14 Volt senza però perdere gli Ampere prodotti, ottenendo così poco meno di 30 Ampere. Infatti avendo un pannello FV di 410 Watt ad una tensione di 36 Volt, il regolatore di carica dovrà abbassare il voltaggio, per portarlo a 14 volt circa, la tensione corretta per portare in carica la batteria, ma manterrà inalterata la potenza, pertanto gli ampere prodotti saranno: 410/14=29,28 A, una buona corrente che in 3 ore circa riesce a caricare una batteria litio da 100Ah quasi del tutto scarica.

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Inverter

Dopo aver prelevato la corrente prodotta dal pannello fotovoltaico, regolata e inviata alla batteria per essere accumulata, possiamo impiegare il prossimo dispositivo per offrire al nostro Camper la corrente a 220 Volt. E’ necessario quindi effettuare una operazione di trasformazione della corrente continua presente nella batteria in corrente alternata ed il relativo voltaggio, da 12 a 220 Volt. Per far ciò ci possiamo avvalere di un buon Inverter ed anche in questo caso ho orientato la scelta per un Victron Energy modello 12-1200, capace di offrire sino a 1200 Watt di potenza a 220 Volt ad onda pura. L’inverter deve essere collegato con l’input della 12 Volt direttamente dalla batteria e da esso con una coppia di cavi da 2,5 verso la presa di corrente 220 Volt.