ancora su pannelli fotovoltaici

Date le attuali dotazioni una sola batteria non è più sufficiente a garantire il corretto funzionamento, per un periodo di tempo sufficientemente prolungato, delle attrezzature di bordo. Ecco quindi che si pone il problema di non consumare totalmente l’energia disponibile stoccata nella batteria.

Il metodo più semplice consiste nell’istallare una seconda batteria per i servizi, ma come le ricarichiamo queste batterie in caso di sosta prolungata, o di utilizzo di attrezzature ad alto consumo?

L’attuale tecnologia ci consente di intervenire in questo senso con vari sistemi, tutti indubbiamente validi:   istallazione di un generatore di corrente a combustione interna (alimentazione a benzina o a gas), istallazione di pile chimiche (Efoy), istallazione di generatori di corrente a basso impatto ambientale (generatori eolici o pannelli solari).

Nei primi due casi dovremmo, oltre che portarci appresso il carburante per il loro funzionamento,  sopportare rumore ed emissioni inquinanti (generatore a combustione interna); con l’ultima opzione abbiamo a disposizione una fonte d’energia pulita a costo zero.

Ulteriore distinzione per le risorse a basso impatto ambientale va fatta in base alla disponibilità. Infatti delle due la forma più stabile è, senza ombra di dubbio, quella solare, bene o male il sole c’è sempre a tutte le

latitudini e in tutte le stagioni.Prendiamo quindi in considerazione di istallare sul nostro veicolo uno o più pannelli solari fotovoltaici.    I pannelli solari sono di diverso tipo e di diversa resa in funzione del numero e del tipo di celle che lo compongono.
Per quanto riguarda la composizione delle celle abbiamo li distinguiamo per i  materiali impiegati:

	Silicio monocristallino, in cui ogni cella è realizzata a partire da un wafer la cui struttura cristallina è omogenea (monocristallo), opportunamente drogato in modo da realizzare una giunzione p-n
	Silicio policristallino, in cui il wafer di cui sopra non è strutturalmente omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati.

Silicio Amorfo, in cui gli atomi di silicio vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Questa tecnologia impiega quantità molto esigue di silicio (spessori dell'ordine del micron). I moduli in silicio amorfo mostrano in genere una efficienza meno costante delle altre tecnologie rispetto ai valori nominali, pur avendo garanzie in linea con il mercato.

Silicio microsferico, in cui si impiega silicio policristallino ridotto in sfere del diametro di circa 0,75 mm ingabbiate in un substrato di alluminio.

Delle tecnologie citate, soltanto l'amorfo e il microsferico permettono la flessione del modulo: nel caso dell'amorfo non vi è la struttura cristallina del materiale ad impedirne la flessione, nel caso del microsferico non è la cella (sfera) a flettersi, ma la griglia a nido d'ape su cui è disposta.

I pannelli solari attualmente in commercio sono in gran parte costituiti da celle in silicio microcristallino o silicio policristallino.

Per motivi costruttivi, il rendimento dei moduli fotovoltaici è in genere inferiore o uguale al rendimento della loro peggior cella. Con rendimento si intende la percentuale di energia captata e trasformata rispetto a quella totale giunta sulla superficie del modulo; è quindi proporzionale al rapporto tra watt erogati e superficie occupata, ferme restando tutte le altre condizioni.  Alcuni pannelli a concentrazione per uso terrestre, derivati dal settore aerospaziale (Boeing - Spectrolab), hanno rendimenti nominali che superano anche il 40% dei valori tipici riscontrabili nei comuni prodotti commerciali a base silicea che si attestano intorno al: •    15% nei moduli in silicio monocristallino; •    13% nei moduli in silicio policristallino; •    6% nei moduli in silicio amorfo. Scartando i moduli in amorfo in quanto aventi un rendimento eccessivamente basso, dobbiamo dire che anche avendo un rendimento minore i policristallini, riescono a lavorare in modo migliore dei moncristallini  senza essere orientati ortogonalmente ai raggi solari.

Regolatori di carica MPPT

Che cos'è un regolatore di carica solare MPPT?

MPPT è un acronimo che sta per Maximum Power Point Tracking.  Vuol dire che il regolatore di carica è in grado di inseguire costantemente il punto di massima potenza che il pannello è in grado di erogare in quel momento, a seconda dell'irraggiamento solare.

Quali sono i principali vantaggi?

Maggior corrente di ricarica erogata alla batteria. I regolatori MPPT sono infatti in grado di utilizzare tutta la potenza generata dal pannello per caricare la batteria, a differenza dei regolatori tradizionali PWM che inviano alla batteria la corrente generata dal pannello.

Per ben comprendere questo concetto occorre innanzitutto specificare che la potenza di un pannello è il risultato della seguente moltiplicazione: (Corrente erogata dal pannello) x (Tensione generata dal pannello). La tensione di lavoro generata dal pannello è tipicamente intorno ai 16-18V (non 12V, come la tensione di batteria), questo surplus di tensione non viene considerato nei regolatori di tensione tradizionali, mentre nei

regolatori MMPT sì: vediamo come. Ipotizziamo che la corrente generata da un pannello fotovoltaico sia, in una certa situazione, 3A: con un regolatore PWM tradizionale la corrente che viene trasferita alla batteria per la ricarica è pari a 3A. Un regolatore MPPT analizza invece la potenza generata dal pannello (P = V x I, come detto prima) e considera quindi anche la tensione del pannello: se pertanto supponiamo che la tensione del pannello sia in quel momento 17V la potenza erogata dal pannello è 17V x 3A= 51W. Se la tensione di batteria è di 13V, considerando la massima potenza di 51W, la corrente di carica che verrà trasmessa alla batteria, è 51W/13V= 3,9 A. Notiamo quindi che la batteria sarà caricata con una corrente pari a 3,9A con il regolatore MPPT, anziché 3A come accadrebbe con un regolatore tradizionale e la ricarica si

otterrà pertanto con una rapidità maggiore del 30%, a parità di pannello e di corrente erogata.  In pratica è come se utilizzassimo un pannello da 130W anziché uno da 100W, quindi il maggior costo di un regolatore MPPT viene bilanciato dal risparmio sul costo del pannello.

Ampio range di tensione in input (fino a 100V, secondo i modelli): questa caratteristica genera ad esempio la possibilità di caricare una batteria 12V con un pannello progettato per lavorare a 24V, senza perdita di potenza.

Infatti, riprendendo l'esempio di prima, ipotizziamo di usare un pannello progettato per lavorare a 24V, che ha valori di tensione di lavoro tipici di 32-36V (valore tipico per potenza pannello superiore a 160W) Vediamo che cosa accade con corrente erogata di 3A: -  la potenza erogata dal pannello è 32,2V x 3A=96,6W - la corrente di carica della batteria corrispondente ad esempio a 12,1V di tensione della batteria è 96,6W/12,1V= 7,98 A. Notiamo come con una corrente di 3A prodotta dal pannello a 34V riusciamo a caricare la batteria 12Vcon c.a. 8A, grazie al lavoro del regolatore MPPT. Un regolatore classico PWM non avrebbe effettuato questo innalzamento di corrente, e si sarebbe limitato a trasferire i 3A generati dal pannello, che si sarebbe quindi comportato come un pannello di metà potenza.  Anche in questo caso il maggior costo del regolatore MPPT viene bilanciato dal fatto che un pannello da 180W costa

meno di 2 pannelli da 110W, ma che la corrente di carica alla batteria è la stessa.  Nell'economia generale dobbiamo però tener di conto che i regolatori MPPT hanno un costo iniziale nettamente superiore a quelli normali. Le immagini sono tratte dalla rete quindi si riconoscono i diritti ai legittimi proprietati benchè non espressamente citati.