Come realizzare un mini impianto fotovoltaico

Realizzare un mini impianto fotovoltaico è una soluzione semplice per risparmiare sul costo della bolletta elettrica.

L’impianto ovviamente sarà un piccolo sistema stand-alone e non potrà essere connesso in immissione alla rete elettrica. Nonostante ciò, grazie all’utilizzo di una batteria da 80Ah, potrà alimentare direttamente alcuni piccoli apparecchi.

In questo articolo spiegheremo passo passo come realizzare una piccola installazione fotovoltaica domestica low-cost acquistando e montando in autonomia tutti i componenti necessari.

Nel progetto utilizzeremo un piccolo pannello fotovoltaico policristallino da 25 watt di potenza: un comune modulo di 42×32 cm e 1,8 cm di spessore e circa 2 Kg di peso.

L’immagine mostra lo schema generale per realizzare un mini impianto fotovoltaico low-cost. Come si vede: non è particolarmente complicato, servono solo le giuste componenti ed i corretti passi di assemblaggio.

Pannello solare

Il componente principale per realizzare un mini impianto fotovoltaico è ovviamente il pannello solare. La funzione del pannello solare è quella di ricevere l’irraggiamento in maniera ottimale per trasformare l’energia solare in corrente elettrica. Il pannello in silicio monocristallino sarà rivolto verso il sole (verso sud con inclinazione di 30-35 gradi) e lontano da ombre passeggere.

Nel nostro progetto il pannello fotovoltaico è in silicio policristallino. Il pannello ha una potenza di 25 watt, è grande 47×34 cm e produrrà corrente continua a 12 Volt e 20 Watt ogni volta che sarà esposto ai raggi diretti del sole.

Inclinazione del pannello solare

Il vantaggio di usare un modulo così piccolo è che si può facilmente posizionare nel luogo e nella posizione migliore. L’orientamento ottimale è verso sud. L’inclinazione, invece, cambia in base alla latitudine.

In Italia l’inclinazione ottimale è tra i 30-35 gradi, ma, visto che in questo caso possiamo “giocare molto” sulla posizione del pannello, la formula per individuare l’inclinazione ottimale è:

Inclinazione ottimale = 3,7 + (0,69 x Latitudine)

Inclinazione ottimale a Roma = 3,7 + (0,69 x 41,89) = 32,6

Regolatore di carica

Il secondo componente fondamentale per realizzare un mini impianto fotovoltaico è il regolare di carica. Questo componente è un micro-controller, che sa quando ricaricare la batteria, quando scaricarla o quando invece “dirottare” l’energia prodotta per consentire l’alimentazione diretta (in corrente continua) degli apparecchi elettrici collegati.

L’apparecchio ha inoltre la funzione fondamentale di regolare la carica della batteria: eviterà la scarica eccessiva dell’accumulatore o la sua sovraccarica, ed eviterà che di notte la corrente della batteria fluisca verso il pannello solare.

Il regolatore di carica in genere fornirà le seguenti informazioni:

• livello di carica della batteria
• disponibilità di energia per il consumo

Per evitare danni da sovraccarico o sovratensione bisogna accertarsi che il regolatore supporti in ingresso corrente e tensione compatibili con il pannello fotovoltaico collegato. Ad esempio se il nostro pannello da 12 Volt e 20 Watt il regolatore dovrà supportare in ingresso 12 Volt di tensione e almeno 20-25 Watt di potenza.

Il regolatore di carica ha 6 connettori di collegamento per i cavetti:

• primo e secondo sono entrata/uscita dal pannello fotovoltaico
• terzo e quarto sono entrata/uscita dalla batteria
• quinto e sesto sono entrata/uscita della 12V o di un inverter

Il regolatore controlla anche la scarica. Le batterie, infatti, hanno una specifica “profondità di scarica” indicata dai produttori. Ogni batteria, infatti, per potersi ricaricare più volte nel tempo, non deve mai esaurirsi completamente, ma deve sempre conservare una quantità minima di carica.

Tipicamente le batterie al Piombo Acido hanno una “profondità di scarica” intorno al 50 per cento. Questo vuol dire che se a livello nominale hanno una capacità di 3 kWh, a livello pratico hanno capacità utile di circa 1.5 kWh.

Quando viene raggiunta la soglia di “scarica” massima, il regolatore “stacca” in automatico ogni fornitura per preservare la batteria e la sua capacità di ricarica.

Inverter 12V/220V

L’inverter è l’apparecchio che si occupa di alzare la tensione in uscita, da 12 V continua, per portarla a 220-230 V alternata, come quella che utilizziamo quotidianamente nei comuni impianti domestici.

E’ opportune scegliere un inverter con una potenza maggiore a quella del pannello e del regolare ed inoltre stare attenti alla tensione in entrata che deve essere di 12 Volt (non 24V).

Questo tipo di inverter crea un’onda sinusoidale modificata, per questo motivo non è molto adatto per apparecchi elettronici con alimentazione diretta (come la TV), ma per l’illuminazione, per caricatori e simili è ottimo.

Attenzione, però, che gli inverter hanno un consumo di corrente anche quando sono in stand-by, ed il consumo è tutt’altro che insignificante: in poco più di un giorno si può consumare l’intera batteria se rimane acceso senza produzione di energia. Per questo motivo nel sistema è opportuno mettere un interruttore: per evitare il consumo quando il sistema non è in funzione.

Batteria

Per questo progetto abbiamo considerato l’utilizzo di una batteria al Piombo, è possibile riutilizzare anche la batteria di un’automobile. Infatti, quando una batteria non riesce più ad avviare il motore di una macchina, non significa che sia completamente inutilizzabile: il motore in fase di avvio richiede una potenza “di picco” abbastanza elevata che, quando la batteria è parzialmente scarica, non riesce a raggiungere. Non per questo la batteria ha cessato completamente le sue funzionalità.

La batteria di una macchina è almeno di 50-80 Ah.

La capacità di accumulo effettiva, espressa in Wattora, è dunque dipendente e proporzionale alla profondità di scarica indicata sui dati di targa dei produttori. Ad esempio, una batteria con capacità “nominale” di 4 Wattora ed una profondità di scarica del 50 per cento, avrà una capacità di accumulo effettivo di circa 2 Wattora.

Per calcolare la capacità nominale di una batteria bisogna moltiplicare i Volt per gli Ah indicati sull’etichetta. Dunque una batteria di 80Ah avrà un accumulo nominale di 12*80 = 960Wattora ed effettivamente utilizzabile (con profondità di scarica del 50%) di circa 480Wattora.

Cavi e fusibili per la sicurezza

Su questo è meglio non lesinare: ne va della sicurezza tua, dell’intero sistema e degli apparecchi ad esso collegati. Il circuito funziona infatti a 12 Volt e la corrente è molto maggiore che se funzionasse a 220 Volt. Per sicurezza è meglio utilizzare un cavo di almeno 2,5 mm di sezione. Inoltre, anche se il regolatore di carica ha delle protezioni, sarà meglio inserire due fusibili: uno tra pannello fotovoltaico e regolatore di carica, e l’altro tra regolatore e inverter.

Cosa ci faccio con un mini impianto fotovoltaico ?

Con questo mini impianto fotovoltaico ho una capacità di stoccaggio di circa 480 Wattora. Non è tanto, ma può alimentare, per esempio, una lampada da 10 watt per circa 48 ore.

Per quanto riguarda la ricarica, in inverno possiamo ricaricare completamente la batteria in un giorno (con un pannellino da 50 watt). In estate la stessa ricarica si fa nella metà del tempo. I tempi diminuiscono aumentando la potenza del pannello fotovoltaico.

Ovviamente tutto il sistema è completamente scalabile: si potrà aumentare la capacità di stoccaggio collegando altre batterie in parallelo o anche utilizzare un pannello fotovoltaico di potenza maggiore. Nel caso si dovrà fare attenzione a dimensionare in maniera corretta anche tutte le altre componenti, prima di tutto il regolatore di carica.

Componenti e costo per realizzare un mini impianto fotovoltaico:

Costo totale del piccolo impianto fotovoltaico domestico:  250 euro