• Pillole tecnologiche

1. Nei moduli fotovoltaici è meglio scegliere monocristallino o policristallino?

Con i termini monocristallino e policristallino si indicano due differenti tipologie di silicio (materiale che costituisce la cella fotovoltaica): nel silicio monocristallino gli atomi del reticolo cristallino sono orientati in un'unica direzione mentre il silicio policristallino, che è ottenuto dalla rifusione degli scarti di silicio, gli atomi non sono sono orientati a caso in tutte le direzioni.

La differenza tecnica principale (visibile) è che a parità di spazio con le celle in silicio monocristallino il pannello risulta leggermente più potente (circa il 10% in più):
Monocristallino = max 180W su 1 mq
Policristallino = max 160W su 1 mq
Ovviamente un pannello da 100W mono o poli produce la stessa energia, solo che quello realizzato con celle monocristalline è leggermente più piccolo (10% in meno di ingombro). Per questa maggiore efficienza il silicio monocristallino costa leggermente di più del policristallino.

Da un punto di vista macroscopico le altre differenze visibili/misurabili tra le 2 tipologie di celle sono:

Tipo Silicio Monocristallino
Policristallino
Colore cellaBlu notte - Nero Blu
Forma cella Psedo-square*Quadrata
Efficienza cella18-20%
16-18%
 *quadrata con angoli arrotondati

In definitiva le 2 tecnologie sono molto molto simili,
pertanto non sono  fondati i consigli che indicano grossi vantaggi nella scelta di un tipo o dell'altro, le differenze - che pur ci sono - non hanno effetti misurabili dall'utilizzatore medio. Inoltre a complicare la faccenda si mette il fatto che non esiste "IL" monocristallino e "IL" policristallino ma esistono decine di aziende che producono decine e decine di tipologie di celle mono e poli, con ricette diverse, per cui è assolutamente possibile trovare una cella in policristallino ad alta efficienza che abbia potenza maggiore di una cella mono a bassa efficienza o celle di identica potenza nominale ma con tecniche costruttive diverse, ecc.
All'atto pratico le due tecnologie sono molto simili, per cui non ci sono differenze clamorose tra l'una e l'altra (anche se spesso, su alcuni siti web, capita di leggere il contrario). Sebbene alcune differenze ci siano, l'elemento fondamentale che sfugge a molti è che tali differenze non hanno una portata tale da rendere una tipologia più idonea rispetto all'altra in una data applicazione.
Quando si sentono affermazioni del tipo:
"il policristallino funziona meglio con basso irraggiamento"
"il monocristallino è sconsigliato al sud per le alte temperature"

possiamo affermare con certezza che si tratta di "mezze-bufale" ossia di affermazioni sostanzialmente false ma che (a volte) prendono spunto da aspetti veri.
Infatti non è tanto importante se una tecnologia produce di più o di meno in una particolare condizione... ma l'aspetto principale che nessuno focalizza è QUANTO produce di più.
Allora se questo "di più" è il 30% o il 20% o almeno il 10% è un conto, vale la pena approfondire
Se invece questo "di più" è forse lo 1% è allora tutt'altra faccenda, e tutte le disquisizioni perdono di significato.
Con la faccenda mono/poli siamo in questo secondo caso, ossia se osservano le produzioni di due moduli da 100W nelle stesse condizioni di lavoro le differenze legate alla sola tecnologia pesano meno dell'1%.
Tanto per avere un confronto:
- l'effetto della polvere (modulo pulito o sporco) incide fino al 10%
- l'inclinazione corretta incide fino al 10-12%
- la ventilazione (per raffreddamento) incide fino al 7-8%
Per cui avrebbe molto senso fare enormi disquisizioni sulle suddette modalità installative che sommate insieme, complessivamente, incidono per un 30% e pochissimo senso parlare di differenze mono/poli che sono per lo più differenze da "laboratorio" praticamente invisibili all'utilizzatore.

2. E' possibile utilizzare un modulo fotovoltaico da 250W a 60 celle per caricare batterie a 12V o 24V?

L'utilizzo di moduli fotovoltaici standard (a 60 celle), con tensioni Vmpp=30V e Voc=36V è abbastanza problematico nei sistemi isolati 12V o 24V perché la tensione REALE di tali moduli risulta:
- troppo bassa per caricare batterie a 24V
- troppo alta per caricare batterie a 12V.
Innanzi tutto è importante precisare che una batteria definita "a 12V" in realtà è un dispositivo che lavora in un range di tensioni compreso tra 10,5V (batteria scarica) e 14,4V (batteria carica). Lo stesso vale per le batterie a 24V che lavorano nel range 21V - 28,8V.

Al fine di garantire in tutte le situazioni una ricarica efficiente il sistema di ricarica utilizzato deve poter avere SEMPRE in uscita una tensione di 3-4V superiore alla tensione massima raggiunta dalla batteria. A questo punto va tenuto in conto il fatto fondamentale che le tensioni nominali riportate sulle etichette dei moduli fotovoltaici sono calcolate in condizioni standard STC con Temperatura 25°C ma nella pratica le condizioni operative sono ben diverse, nel senso che capita molto spesso che un modulo fotovoltaico posto in pieno sole lavori a temperature di 50-60°C per cui le tensioni reali che riesce ad avere a queste temperature sono decisamente inferiori a quelle di targa. Inoltre a questo bisogna tener conto anche delle cadute di tensione dovute ai cavi e al regolatore di carica che si aggirano complessivamente intorno ad 1V.

Facendo i conti, per caricare completamente una batteria 24V, che raggiunge una tensione massima di 29V, si deve partire da un generatore che sia in grado di avere una tensione in uscita sufficientemente alta da compensare le perdite di tensione in temperatura (3-4V) e le cadute di tensione su cavi e regolatore (1V)... per cui si deve avere un pannello solare che sia in grado di erogare energia a circa 38-40V.

Quello che succede con i moduli fotovoltaici a 60 celle (di solito pannelli con potenze tra 230W e 260W) è che apparentemente la tensione Vmpp = 30V sembra idonea a ricaricare una batteria 24V, ma poi se si analizza in dettaglio la questione ci si accorge che quando il modulo si riscalda i 30V diventano 27V o meno e poi se si aggiungono le cadute di tensione di circa 1V la tensione effettivamente disponibile per ricaricare la batteria è di soli 26V (insufficiente a completare la carica).

Nel caso di utilizzo di tale pannello per la ricarica di una batteria a 12V invece la tensione risulta eccessivamente alta per cui se si utilizza un regolatore di carica PWM esso sarà in grado di abbassare la tensione fino ai livelli corretti ma ciò comporterà una perdita di circa il 40% della potenza nominale del pannello (detto in termini semplici un pannello da 250W a 60 celle avrà prestazioni equivalenti ad un pannello da 150W a 36 celle). In questo caso la soluzione c'è ed è quella di usare un regolatore di carica MPPT da 20A in modo da abbassare la tensione senza eccessive perdite di potenza.


3. Che differenza c'è tra i diodi di bypass e i diodi di blocco?


Nei sistemi fotovoltaici spesso si sente parlare di diodi ma a volte si fa confusione in quanto si confondono le funzioni e le peculiarità dei diodi di bypass montati nelle scatole di giunzione dietro i pannelli solari con i diodi di blocco che invece vanno inseriti, se serve, sui collegamenti in parallello di più pannelli.Analizziamo in dettaglio la funzione di entrambi:

DIODI DI BYPASS: sono installati nella scatola di giunzione dietro al pannello solare e servono a salvaguardare un pannello da possibili effetti surriscaldamenti dovuti agli ombreggiamenti  di alcune celle oltre che a garantire una migliore produttività del sistema. Tali diodi sono collegati in parallelo rispetto al pannello e quando ci sono delle celle ombreggiate funzionano in alternativa alle celle stesse, ossia se i diodi sono attivi le celle sono bypassate e viceversa se le celle stanno erogando i diodi non sono attivi.
Pertanto essi quando si attivano (in presenza di ombreggiamenti) hanno una doppia funzione:
- consento il bypass delle celle ombreggiate per evitare che le stesse fungendo da carico si surriscaldino
- se ci sono più pannelli in serie evitano che le celle ombreggiate blocchino interamente la stringa
Il diodo di bypass quindi quando si attiva protegge le celle ombreggiate dal surriscaldamento e contemporaneamente evita (bypassandole) che poche celle ombreggiate blocchino totalmente la produzione del sistema solare.
NOTA: la funzione di bypassare le celle ombreggiate che non producono è tanto più importante quanto più è lunga la stringa di pannelli solari ossia all'aumentare del numero di pannelli collegati in serie; pertanto se in una data applicazione 12V o 24V  si utilizza un unico modulo fotovoltaico il la presenza del diodo è totalmente irrilevante: infatti se il diodo si attiva bypassando le celle ombreggiate, la tensione del pannello tipicamente si dimezza per cui non è più sufficiente a caricare la batteria... per cui il vantaggio di bypassare le celle ombreggiate, di fatto si perde.

DIODI DI BLOCCO: per il problema del collegamento in parallelo di pannelli di potenza e/o tensione diversa, o  anche per evitare che nel collegamento in parallelo i moduli fotovoltaici peggio esposti risucchino parzialmente la carica di quelli meglio esposti serve inserire  dei dei diodi detti di blocco (o antinversione) collegati in SERIE alle celle del modulo fotovoltaico e in particolare sul positivo o sul negativo di ciascun pannello. Tali diodi hanno la funzione di "valvola di non ritorno" ossia consentono al pannello solare solo la erogazione di corrente impedendo l'eventuale ingresso di energia (forzata da altri pannelli). Con tali diodi se si mettono in parallelo pannelli con tensioni diverse si evita che quello con tensioni maggiori riversi parte della carica sul pannello con tensione minore garantendo in qualche modo una indipendenza tra i vari moduli connessi in parallelo.
Un diodo di blocco con analoga funzione antinversione è sempre presente nei regolatori di carica per evitare che durante la notte la batteria si scarichi sul pannello che quando non è irraggiato funzionerebbe come carico.
Nota: chiaramente il diodo di blocco presente nel regolatore di carica serve solo ad evitare la scarica notturna della batteria, mentre per il problema sopra esposto del collegamento in parallelo di più moduli fotovoltaici serve aggiungere un diodo per ogni pannello solare collegato in parallelo.


4. Perché è necessario conoscere i consumi reali delle apparecchiature da alimentare?

In ambito di sistemi fotovoltaici isolati NON si possono fare sovrastime a spanne dei consumi delle apparecchiature, in quanto il rischio è quello che poi il sistema risulti difficilmente realizzabile per via di ingombro eccessivo o peso eccessivo o costo eccessivo (e invece facendo i un dimensionamento corretto risulterebbe accettabile).
Solo da un punto di vista economico sui piccoli sistemi solari ogni W in più di potenza del carico incide per 15-20€, per cui aggiungere 20-30W (come sovrastima del consumo) può voler dire trovarsi un preventivo maggiorato di 500-600€...
Inoltre in alcuni casi, soprattutto per i montaggi su palo, sovrastimare il consumo delle apparecchiature fa ipotizzare l'utilizzo di pannelli molto grandi e/o batterie molto pesanti.
La procedura corretta prevede quindi la conoscenza del consumo reale dell'apparecchio da alimentare e l'adozione di una piccola maggiorazione di sicurezza. Il dato di targa dell'apparecchio, che viene fornito al fine di dimensionare il cavo e/o l'alimentatore elettrico spesso fa riferimento alla potenza massima e non alla potenza media (che è il dato che serve per il dimensionamento).
Per cui non è raro leggere su un dato apparecchio P=10W e poi verificarne che effettivamente la potenza media è di 5-6W.
Ancora peggio se l'apparecchio ha un alimentatore esterno (esempio Notebook)  per cui su quest'ultimo si legge la potenza massima erogabile dall'alimentatore e non la potenza assorbita dall'apparecchio:
Esempio Notebook:
Alimentatore P=65W - Consumo reale misurato P=18W-28W (oscillante)
E' chiaro che voglio realizzare un sistema fotovoltaico per alimentare il suddetto notebook e ingenuamente penso che la potenza sia di 65W (come si legge sull'etichetta dell'alimentatore) realizzerò un sistema inutilmente sovradimenionato rispetto all'assorbimento reale che in media è di 24W (meno della metà).


5. Come si dimensiona una batteria per uso ciclico?


L'energia che si può prelevare da una batteria è un dato enormemente variabile ed è legato molto alla velocità di scarica e alla temperatura.
La regola empirica è che se si devono utilizzare ciclicamente 50Ah, con una scarica lenta (max 5A all'ora) si ha bisogno di una batteria che abbia una capacità nominale minimo da 100Ah, se si tratta di batteria gel di quelle specifiche per scarica profonda oppure 150Ah, se si tratta di una batteria AGM standard.
Detto in altre parole, se si fa uso CICLICO l'energia prelevata non deve superare il 30%-50% di quella immagazzinata ossia la batteria non va scaricata mai oltre il 50% (meglio limitare la scarica al 30% se la batteria è una AGM standard).
Si tenga conto che la profondità di scarica influenza in modo significativo la vita attesa della batteria, per cui maggiore è la profondità di scarica minore sarà il numero di cicli che si potranno fare.


6. Quale è la migliore tecnologia fotovoltaica per le condizioni di cielo nuvoloso?


Spesso quando ci viene posta questa domanda la risposta che diamo è: NESSUNA! Capita spesso di leggere pareri contrastanti o ipotesi relative a supposti vantaggi che si hanno con una tecnologia rispetto all'altra in caso di cielo nuvoloso: meglio l'amorfo, meglio il monocristallino, meglio il policristallino... Diciamo che a nostro parere si tratta di inutili congetture che trascurano l'elemento fondamentale: quanta energia arriva sul pannello solare? Proviamo a chiarire.

Per prima cosa è utile richiamare il concetto di efficienza di conversione di un pannello solare: un pannello fotovoltaico mediamente ha una efficienza di conversione di circa il 15-16% (alcuni modelli ultraefficienti raggiungono 20-21%; il silicio amorfo arriva max 8-9%). Che significa? Tale parametro indica la percentuale di energia elettrica si riesce a produrre rispetto alla totalità di energia solare che raggiunge il pannello per cui, per fare un esempio, se si prende un modulo fotovoltaico da 1mq di superficie, lo si mette in pieno sole (pieno sole=1000W/mq),  a fronte dei 1000W che lo colpiscono esso riesce ad erogare 150-160W di energia elettrica (ossia il 15-16% dell'energia solare che riceve).
Ripetendo quindi l'efficienza dice quanta energia elettrica produce il modulo fotovoltaico rispetto a quella luminosa che riceve dal sole.
Facciamo un esempio: un modulo amorfo (che è una tecnologia a bassa efficienza, tipicamente 8%) se è grande 2mq ed è sottoposto alla radiazione solare massima (circa 1000W/mq) riceve complessivamente sulla sua superficie 2000W ed eroga ai suoi morsetti l'8% di energia elettrica pari a 160W (elettrici).
Quindi riceve 2000W di energia solare ed eroga l'8% di tale energia (160W) come energia elettrica.

Fatta questa premessa analizziamo come cambia l'erogazione di energia quando cambiano le condizioni meteo o ambientali supponendo di usare per il test un modulo fotovoltaico con efficienza 16% :

Cielo sereno....=1000W/mq
-->  eroga il 16% di quello che riceve = 160 W elettrici
Cielo nuvoloso.=  150W/mq
-->  eroga il 16% di quello che riceve =  24 W elettrici
Dentro casa.....=    5W/mq  -->  eroga il 16% di quello che riceve = solo 0,8 W elettrici

Anche se è una analisi molto semplificata, che trascura diverse variabili, diventa subito chiaro un fatto fondamentale: quando il cielo è nuvoloso l'energia che colpisce il pannello solare CROLLA DRASTICAMENTE e si riduce dell'85-90% per cui qualunque tecnologia fotovoltaica si utilizzerà, sia con efficienza del 10% o del 15% o del 20%, l'energia elettrica prodotta sarà molto molto bassa perché quella irraggiata è molto bassa.
Per fare un esempio (estremizzato) è come discutere del materiale migliore per costruire una vela di una barca per i periodi in cui non c'è vento...

Allora, se è vero che la tecnologia in silicio amorfo in condizione di cielo nuvoloso da prestazioni migliori di un 10% bisogna anche domandarsi... ma cosa comporta praticamente questo +10% in queste particolari condizioni?
All'atto pratico che differenza c'è tra un pannello che con cielo nuvoloso produce 24W e uno che ne produce 30W (+20%) o uno che ne produce 20W (-20%)? NESSUNA!
Cambia in modo sostanziale la capacità di ricaricare una batteria? NO!
Cambia in modo sostanziale la totalità di energia prodotta dal pannello? NO!

Spesso si confonde la presenza di luce visibile con l'energia per cui ingenuamente in molti suppongono che se c'è luce, (detto brutalmente se sono in grado di vedere) allora c'è anche energia e invece no. Se ci si mette dietro una finestra o sotto una lampadina sicuramente la luce c'è, si vede pure benissimo, ma l'energia che in quelle condizioni raggiunge un pannello solare è praticamente nulla (5W/mq).
Lo stesso vale, con le dovute proporzioni, per un pannello solare posto all'ombra o in condizioni di cielo coperto... in queste condizioni non potrà mai erogare più del 10-15% della sua potenzialità massima (potenza di picco), per cui discutere di quale tecnologia è migliore in queste condizioni è un esercizio puramente accademico, ma le differenze tra le varie tecnologie sono in pratica irrilevanti.



7. Come si alimenta un cancello elettrico con sistema solare?

Volendo alimentare con sistema solare un cancello elettrico ci si può trovare di fronte a 3 situazioni:
A) cancello esistente con motore 230V ac
B) cancello esistente con motore 12V o 24V
C) nuovo cancello

Nella situazione A) Cancello esistente con motore 230V a corrente alternata a 230V possiamo dire che tali cancelli sono DIFFICILMENTE alimentabili con impianto solare per vari motivi:

1.  essendo progettati per essere collegati alla rete elettrica, hanno elevati consumi, ossia NON adottano tecniche di risparmio energetico,  
     per cui richiedono per funzionare pannelli solari e batterie molto potenti;

2. l'utilizzo di batterie e pannelli molto potenti ha evidenti aspetti penalizzanti:
   - costo elevato dei suddetti componenti
   - ingombro notevole dei componenti che quindi risultano difficili da posizionare;

3. per avere la corrente alternata 230V inoltre serve anche un inverter di idonea potenza (che aggiunge ulteriori consumi a quelli già alti del
    cancello), ulteriori costi per acquistare l'inverter stesso e ulteriori rischi guasti (più componenti ci sono in un sistema maggiori sono i
    rischi di guasto).

Pertanto il tentativo di alimentare con un sistema solare un cancello elettrico 230V AC, per quanto detto sopra è molto difficile e lo SCONSIGLIAMO, in quanto
 - ha costi elevati
 - ha ingombri elevati
 - ha maggiori rischi di guasti.

Diverso è il caso B) di un cancello elettrico che nasce già con motore 12V o 24V in cui tendenzialmente si parte già da una elettronica del cancello con buon livello di risparmio energetico e non serve l'inverter, per cui la strada è percorribile con un pannello e una batteria di medie dimensioni.

Molto più semplice ed economico è il caso C) ossia pensare ad un NUOVO sistema a 12V o 24V a risparmio energetico (eventualmente sostituendo quello esistente). Paradossalmente costa meno cambiare completamente il motore che tentare di alimentare un motore 230V che non nasce a risparmio energetico

Per fare un esempio:
per tentare di alimentare un cancello a 230V AC non a risparmio energetico serve ad esempio un pannello da 80-100W, una batteria da 70Ah, un inverter da 800W-1000W ecc. per un costo complessivo di circa 500€ e con elevato rischio di avere problemi di funzionamento

Al contrario sostituendo il sistema di apertura 230V esistente con un nuovo sistema  a risparmio energetico 12V o 24V basta un piccolo pannello solare da 10W  e una batteria da 7Ah per cui con le stesse 500€ si ottiene un kit di apertura nuovo, che è progettato per avere consumi ridotti del 80% per cui è alimentabile con un kit solare con componenti  piccolissimi.

Anche per le manutenzioni in caso di rotture del pannello e/o esaurimento della batteria i costi di sostituzione sono molto bassi (rispetto a quelli che si avrebbero con un kit da 100W + batteria da 70Ah)



8. Che differenza c'è tra un regolatore di carica PWM ed un regolatore di carica MPPT?

Il regolatore di carica è un dispositivo indispensabile nei sistemi solari ad isola e serve principalmente a caricare correttamente le batterie.
Il regolatore di carica esegue molte funzioni:
1. Sceglie tensioni e correnti adatte al tipo di batteria;
2. Esegue una ricarica generalmente in 3 fasi;
3. Corregge le tensioni delle varie fasi in base alla temperatura;
4. Ha sempre al suo interno un diodo di blocco per evitare che la sera le batterie si scarichino sul pannello non irraggiato che fungerebbe da carico;
5. Ha spesso (ma non sempre) una uscita carico (LOAD) che consente di gestire accensione e spegnimento del carico tramite un crepuscolare ed un timer (utile ad esempio per gestire una luce notturna).
6. Ha una funzione di protezione della batteria dalla scarica profonda, attraverso la quale stacca il carico se la batteria è troppo scarica e lo riconnette solo quando la batteria si è ricaricata.
Fatta questa premessa comune a tutti regolatori di carica solare veniamo alla differenza tra le 2 famiglie di regolatori:
il regolatore PWM è un regolatore che è in grado di adattare la tensione del pannello allo stato di carica della batteria senza effettuare una conversione tensione-corrente, ossia se il pannello da 100W eroga 5,6A a 18V ma il sistema lavora a 14V tale regolatore abbassa la tensione lasciando invariata la corrente (e trasferisce in batteria 14V x 5,6A = 78,4W). Di fatto una parte della tensione che potrebbe dare energia viene "sprecata" tramite una banale riduzione di tensione.
Ovviamente se la tensione fosse molto maggiore lo spreco sarebbe enorme; un pannello da 200W capace di erogare 5,6A a 36V trasferirebbe nella suddetta batteria sempre 14V x 5,6A = 78W.

Al contrario un regolatore MPPT si dice che effettua una conversione tensione-corrente ossia se serve diminuire la tensione per adattarla alla batteria di contro il regolatore aumenta la corrente per cui in questi regolatori non è raro vedere la corrente di uscita maggiore della corrente di ingresso (ovviamente di contro la tensione di uscita sarà minore)
Pertanto un regolatore MPPT mediamente è in grado di produrre a parità di condizioni circa un 20-25% di energia in più rispetto ad un analogo sistema dotato di regolatore PWM.
Di contro i regolatori MPPT costano circa il doppio rispetto ad un analogo regolatore MP
PT.


9. Sistemi di pompaggio solare: meglio con batteria o senza?

Spesso chi intende installare un sistema di pompaggio solare si interroga se è meglio un sistema con batteria o senza batteria. Chiaramente la risposta è piuttosto articolata e dipende dalla particolare applicazione o esigenza. Tuttavia possiamo evidenziare alcuni elementi chiave dei due sistemi che possano aiutare ad effettuare la scelta corretta. Innanzitutto evidenziamo i vantaggi e gli svantaggi delle 2 soluzioni:


SISTEMA DI POMPAGGIO
SOLARE A BATTERIA
SISTEMA DI POMPAGGIO SOLARE 
SENZA BATTERIA
FUNZIONAMENTO DI NOTTESINO
FUNZIONAMENTO CON CIELO NUVOLOSOSINO
NECESSITA' DI SOSTITUIRE LE BATTERIE
SINO
POTENZA DEL PANNELLO SOLAREMINIMAELEVATA
ELETTRONICA DI PILOTAGGIO POMPANESSUNASOFISTICATA
UTILIZZO OCCASIONALESISCONSIGLIATO
UTILIZZO INTENSIVOSCONSIGLIATOSOLO SISTEMI LORENTZ

Ricapitolando quanto riportato in tabella possiamo dare alcune indicazioni generali:
I sistemi di pompaggio senza batteria sono interessanti perché non costringono l'utilizzatore del sistema a cambiare le batterie tuttavia richiedono che la potenza del pannello sia MOLTO maggiore di quella della pompa. Un pannello da 100W eroga la sua potenza massima solo a mezzogiorno in condizioni di irraggiamento ottimali. Ad esempio alle 10 del mattino potrebbe produrre circa 50W. Se si vuole utilizzare una pompa a quest'ora è necessario che il pannello sia molto sovradimensionato rispetto alla pompa altrimenti l'utilizzo è molto limitato. I sistemi professionali di pompaggio Lorentz risolvono in parte questo forte limite con una elettronica molto sofisticata che sfrutta al massimo il pannello solare ed una pompa trifase ad alta efficienza.
Al contrario con pompe in continua "standard", si deve obbligatoriamente sovradimensionare di molto il generatore solare (onde evitare di poterlo usare solo per poche ore quando c'è il massimo irraggiamento)
I sistemi con batteria invece, a fronte del fatto di richiedere l'utilizzo di questo componente che è costoso, pesante e che richiede la sostituzione dopo 4-5 anni, hanno numerosi vantaggi:

- consentono di usare la pompa anche di notte o con cielo nuvoloso;

- consentono potenzialmente di usare TUTTA l'energia solare disponibile (sfruttando appunto la capacità di accumulo della batteria): per intenderci se ad esempio si ha una pompa che in una data applicazione consuma 50W la pompa inizierà a muoversi al minimo solo quando il pannello sarà nelle condizioni di erogare almeno 25W. Al mattino presto e al pomeriggio tardi tutta l'energia prodotta da pannello (minore di 25W è quindi sprecata). Al contrario se c'è una batteria (e la stessa non è piena) si può sfruttare tutta l'energia.

- se la pompa si usa occasionalmente (esempio 1 ora al giorno) anche se la pompa consuma 100W il sistema è alimentabile con un pannello solare molto piccolo (da 20W) in quanto la batteria immagazzina tutta l'energia prodotta in 10-12 ore di irraggiamento per poi erogare 100W x 1 ora. Si può fare solo con la batteria.

10. Guida al dimensionamento di un sistema di illuminazione con modulo fotovoltaico

Spesso è necessario dimensionare correttamente il sistema fotovoltaico per alimentare delle luci.
Mentre per batteria e regolatore il dimensionamento è piuttosto semplice e standard per il modulo fotovoltaico il discorso è molto articolato ed è necessario capire bene la modalità di utilizzo delle luci.

E' facilmente intuibile che se si prende ad esempio una lampada da 10W e la si utilizza come luce notturna in veranda tenendola  accesa dall'alba al tramonto (mediamente 12 ore al giorno) si avrà bisogno di un modulo fotovoltaico 10 o 15 volte più potente del modulo fotovoltaico che si utilizzerebbe per accendere la stessa lampada da 10W installata come luce di cortesia nel garage (si accende 10 minuti x 3-4 volte al giorno quando qualcuno entra).

Vediamo in dettaglio i dati che bisogna conoscere attraverso un esempio. 
Si devono alimentare le luci di una piccola baita composte da:
 -  1 luce esterna da 8 W, 
 -  1 luce interna da 12 W,
 -  1 luce bagno da 5 W,
a) Potenza delle luci LED
Chiaramente le luci dovranno essere di tipo LED ed è necessario conoscere la potenza delle varie luci che si vogliono utilizzare. Ad 
esempio: 1 lampada da 12W,  1 lampade da 8W e 1 lampada da 5W. TOTALE 25W

b) Tempi di accensione delle luci
Di ciascuna lampada bisogna stimare le ore di accensione, in quanto in generale possono essere molto diversi: nell'esempio della baita possiamo ipotizzare
 -  luce esterna da 8 W --> 6 ore al giorno dopo il tramonto], 
 -  luce interna da 12 W  --> 12 ore al giorno;
 -  luce bagno da 5 W  --> max 2 ore al giorno;
Avendo potenze delle luci[W]  e tempi di accensione [h] possiamo calcolare il consumo di energia [Wh] tramite la semplice moltiplicazione:
 - 8W x 6h = 48Wh
 - 12W x 12h = 144Wh
 - 5W x 2 h = 10Wh
Totale: 48Wh + 144Wh +10Wh = 202Wh (arrotondiamo a 200Wh)
Questo è il consumo giornaliero di una giornata tipo.

c) Modalità di utilizzo
Dopo aver definito potenze e tempi è utile capire la modalità di utilizzo del sistema:
 - quotidiano ? 
 - frequente ? (ossia 3-4 giorni a settimana)
 - week-end ? (ossia max 2 giorni a settimana)
 - occasionale? (ossia max 3-4 giorni al mese)

Nell'esempio della baita ipotizziamo "uso quotidiano"

d) Stagionalità
L'utilizzo del sistema ha una stagionalità oppure no? si usa prevalentemente in estate, oppure prevalentemente in inverno oppure tutto l'anno indifferentemente?
Evidentemente se l'utilizzo prevalente è estivo il pannello solare potrà essere decisamente più piccolo rispetto allo stesso identico sistema installato in una situazione in cui l'utilizzo è prevalentemente invernale.
Nell'esempio della baita ipotizziamo "uso tutto l'anno = NESSUNA STAGIONALITA' PREVALENTE"

e) Ubicazione (latitudine)
Una importanza (non esagerata) ma comunque influente è data dalla ubicazione del sistema, inteso come latitudine geografica: siamo a Palermo, a Roma o a Milano? la posizione geografica influisce sul dimensionamento di +15%/-15%. Come regola si dimensiona il kit come ubicato in centro Italia e poi eventualmente si possono apportare delle maggiorazioni o riduzioni se l'ubicazione è diversa. Se nel dimensionamento risulta utile un modulo fotovoltaico da 80W posso usarne tranquillamente una da 70W se l'ubicazione è sud Italia oppure è preferibile usare un 90W se l'ubicazione nord Italia.


 





Esempio 2 - Sistema di illuminazione da 20W complessivi
Supponiamo di volere alimentare un set di lampade per totali 20W 
(1 proiettore da giardino da 20W, oppure 2 lampade a bulbo da 10W cad, oppure 5 lampioncini da giardino da 4W/cad... la potenza totale è sempre 20W).

Per dare una indicazione di massima possiamo utilizzare la seguente regola che stabilisce un fattore moltiplicativo (x2 o x4 oppure x6) che consente di stimare la potenza del pannello solare partendo dalla potenza delle luci (20W);

Il modulo fotovoltaico dovrà essere da
40W (x2) per situazione di utilizzo occasionale delle luci
         (max 15 ore a settimana in inverno, max 30 ore a settimana in estate) 

80W (x4) per situazione di utilizzo quotidiano ma LIMITATO 
         (max 7 ore al giorno in inverno, max 12 ore al giorno in estate) 

120W (x6) per situazione di utilizzo quotidiano SENZA LIMITAZIONI 
         (dal tramonto all'alba sia in estate che in inverno) 

Nota sui sistemi di illuminazione a 230V
L'uso di lampade 230V AC nei sistemi di illuminazione con pannello solare in generale è da sconsigliare in quanto richiede l'utilizzo di un inverter per trasformare l'energia da 12V o 24V DC (delle batterie) in energia in corrente alternata 230V AC.
L'utilizzo dell'inverter è da evitare  in quanto:
 - ha un autoconsumo elevato (anche con le luci spente se l'inverter resta acceso il consumo dalla batterie è importante;
 - se deve restare acceso molte ore al giorno, tutti i giorni, (come ad esempio per l'illuminazione notturna di un giardino) bisogna usare un inverter di buona qualità (costoso!), altrimenti tendenzialmente si guasterà in fretta (gli inverter economici non sono progettati per utilizzo prolungato e quotidiano);
 - l'unico vantaggio dell'uso dell'inverter è quello di poter usare cavi di alimentazione relativamente sottili  anche su distanze relativamente lunghe: se bisogna illuminare un ampio giardino con lampioni distanti anche 50m dalla sorgente di energia (batteria) il sistema a 12V richiederebbe cavi di sezione molto grossa (costosi!), un sistema 24V potrebbe essere un buon compromesso, il sistema 230V sicuramente consente di usare cavi molto sottili.

Nota sulla scelta delle luci LED
Come metro di riferimento possiamo dire che una luce da 10W a LED equivale circa a 80W di lampada ad incandescenza. Non è semplice dare indicazioni sulle lampade giuste da utilizzare in un dato ambiente in quanto dipende della dimensioni, colore delle parte, abitudini, ecc.. Diamo una indicazione di massima su utilizzi standard:
 - Luce principale cucina: 12-14W
 - Luce camera da letto: 10W 
 - Luce bagno:  8W
 - Abat-jour: 1,5-2W
 - Luce esterna ingresso: 5W
 - Lampioncino giardino 4-5W
 - Segnapasso interrato: 2-3W

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