Energia verde a bordo - Impianti solari per la tua barca

Energia verde a bordo - Impianti solari per la tua barca

Nella nostra guida online dedicata all'energia solare a bordo scoprirai tutto ciò che riguarda i moduli solari e la corretta installazione su un' imbarcazione sportiva, il luogo migliore per montare i moduli solari a bordo e la scelta dei pannelli solari adatti per barche a vela e a motore. Troverai tutte le informazioni utili sui regolatori di carica adatti, compresi gli accessori, e su come posare gli appositi cavi. Potrai così sfruttare al massimo il sole!

Quali sono i componenti di un impianto fotovoltaico?

Per generare energia elettrica dal sole, sono necessarie innanzitutto una o più celle solari. In genere si parla di un pannello solare, su cui in realtà sono collegate tra loro una serie di piccole celle solari singole per produrre una certa quantità di energia.

Il funzionamento di un impianto fotovoltaico è semplicissimo: non appena la luce colpisce l'impianto solare, si genera una tensione sui pannelli solari. Tuttavia, tale tensione e la corrente prodotta variano a seconda della quantità di luce assorbita.

I componenti di un impianto fotovoltaico comprendono quindi sempre un regolatore di carica oltre al pannello solare. Il suo compito è quello di immettere elettricità nella rete di bordo in modo tale che possa essere utilizzata per caricare la batteria attraverso l'impianto fotovoltaico di bordo.

Componenti di un sistema solare

Quanta elettricità produce un impianto fotovoltaico

Prima di installare un impianto solare, è necessario innanzitutto determinare quanta elettricità si intende produrre. Dipende da diversi fattori: il più importante è il sole. Senza la luce del sole, le celle solari a bordo non sono in grado di produrre alcuna energia; a mezzogiorno, quando il sole raggiunge il suo punto più alto, è possibile generare la maggiore quantità di energia.

Elettricità da un sistema solare

Ma anche l'angolo di incidenza dei raggi solari è importante e influisce sul funzionamento di un impianto solare. Nell'emisfero nord a mezzogiorno il sole si trova a sud, nell'emisfero sud a mezzogiorno il sole si trova a nord, mentre all'equatore si trova esattamente sopra la barca a mezzogiorno. Nell'emisfero nord, per esempio, osserviamo quanto segue:

Se leggermente inclinato a sud, un impianto solare produce più elettricità che non se è orientato verso nord. Su una barca in movimento che magari gira intorno all'ancora o naviga controvento, un allineamento perfetto è praticamente impossibile. Un compromesso frequente è quindi quello di montare il pannello solare in orizzontale per catturare almeno un po' di luce da tutte le direzioni. È più efficace un inseguimento manuale attivo per regolare la direzione e l'inclinazione del pannello solare in base all'angolo del sole. La resa maggiore ottenuta con l'inseguimento attivo riduce non solo la superficie necessaria, ma anche i costi che deriverebbero da un eventuale adeguamento di un impianto solare.

Il secondo fattore importante è la dimensione di un impianto solare, la sua qualità e quindi la resa del modulo solare. Questi fattori determinano la quantità di energia che può essere prodotta in condizioni ottimali. L'unità di misura di questa capacità è watt picco (WP) e descrive la massima potenza in condizioni ideali definite (vedi FAQ sotto).

Oltre alla quantità di luce e alla qualità dei pannelli solari utilizzati, anche l'installazione elettrica fa la differenza: sezioni di cavi troppo piccole e collegamenti non adeguatamente dimensionati provocano perdite di energia. Il tipo, la dimensione e l'età delle batterie dell'impianto fotovoltaico e, non meno importante, il regolatore di carica utilizzato determinano anche la resa utile di elettricità.

In quali circostanze un impianto solare produce (in modo ottimale) elettricità?

Il massimo dell'efficienza dei moduli solari si ottiene quando il sole è esattamente a 90 gradi rispetto ad essi. Se il sole di mezzogiorno si trova direttamente sopra la barca all'equatore, la quantità di radiazioni sulla superficie terrestre è anche notevolmente più alta rispetto a quella, per esempio, di mezzogiorno al Circolo Polare Artico. Lì il sole raggiunge il punto più alto a 45 gradi solo pochi giorni all'anno.

In parte, questo effetto si può compensare con pannelli solari mobili. Tuttavia, di solito vanno regolati manualmente in base alla posizione del sole. Ma ne vale la pena! Soprattutto se c'è poco spazio a disposizione per i pannelli solari, l'installazione di piccoli pannelli mobili può essere addirittura più efficace di una superficie più grande di pannelli rigidi posizionati sul ponte. È ancora meglio se i pannelli solari sono montati lungo il parapetto sul pulpito o su un supporto per le celle solari sopra il pozzetto:

Questo perché le installazioni rigide sul ponte sono spesso leggermente in ombra a causa dell'albero, delle vele e del sartiame. Tuttavia, la perdita di potenza dovuta all'ombra non è proporzionale alla superficie. Anche una minima ombra può ridurre la tensione in un pannello solare al punto tale che contribuisce a malapena alla carica. Anche se i produttori solitamente forniscono una certa riserva per compensare la parziale ombreggiatura di alcune celle, due o tre ombre che attraversano un pannello possono essere sufficienti ad annullare la funzionalità dell'intero pannello. In tal caso non viene generata più elettricità. È quindi molto importante scegliere il luogo adatto in cui installare i pannelli solari.

Ombreggiamento di un sistema solare

Un consiglio per chi gira il mondo: la classica "traversata a piedi scalzi" si estende per lo più a nord dell'equatore verso ovest. Il sole in genere raggiunge il suo punto più alto a sud. I pannelli solari pieghevoli sul parapetto di sinistra sono rivolti a sud durante le lunghe tratte verso ovest e raggiungono un rendimento leggermente più alto rispetto al lato opposto del pozzetto. Tuttavia questo effetto si inverte se si va a sud dell'equatore.

In che misura la zona di navigazione influisce sulla scelta e sulle dimensioni dell'impianto solare?

Con una semplice torcia si può facilmente capire perché l'angolo di incidenza del sole sulle celle solari installate a bordo sia così importante: dalla lampada (sole) esce sempre la stessa quantità di luce. Se si punta in verticale sulla superficie di un tavolo, il fascio di luce è chiaramente visibile. Facendo la stessa cosa con un angolo di 45 gradi mantenendo la stessa distanza, il fascio di luce diventa ovale e la sua area più estesa. Inoltre, il fascio di luce diventerà anche un po' più scuro. Questo perché la stessa quantità di luce si distribuisce su un'area più grande.

Funziona allo stesso modo sulla terra. Più direttamente i raggi del sole colpiscono le celle solari, più energia per centimetro quadrato arriva ai pannelli solari sulla barca.

Pertanto, il rendimento in teoria è sempre maggiore quanto più la barca viaggia vicino all'equatore e le dimensioni necessarie dell'impianto fotovoltaico aumentano ad alte latitudini. Infatti all'equatore, a mezzogiorno il sole raggiunge il suo punto più alto sulla terra. Tuttavia, questa è solo una parte della verità: come già descritto, con dei pannelli solari regolabili si può ottenere una buona resa anche ad alte latitudini. In queste zone il sole non è molto intenso, ma in estate si arriva a 20 ore al giorno di sole. Anche i fattori climatici stagionali sono determinanti. Durante la stagione delle piogge nelle regioni tropicali, la resa energetica è notevolmente inferiore a quella di un giorno di sole nel nord Europa.

Quali caratteristiche deve avere un modulo solare per imbarcazioni?

I pannelli solari installati sul ponte sono esposti a sollecitazioni particolarmente intense. Sono costantemente in contatto con l'acqua salata a causa degli spruzzi. Le connessioni, i collegamenti a vite e i pannelli solari stessi vanno quindi adeguatamente protetti dalla corrosione per essere utilizzati a bordo. In più, sussiste sempre il rischio di un passo falso sul ponte. Un pannello solare a bordo dovrebbe quindi essere calpestabile e rinforzato in modo così stabile che neanche un grillo che cade dalla cima dell'albero possa danneggiarne la superficie.

Anche il peso dei pannelli solari è un fattore determinante. Soprattutto se i pannelli sono montati su supporti per attrezzature a poppa o sul parapetto. Inoltre, i pannelli solari generano ulteriore calore quando sono in funzione, ma lavorano in modo più efficace quando sono più freschi. I supporti di montaggio devono pertanto consentire una buona ventilazione da sotto, soprattutto se ci si addentra in zone tropicali.

Tipps

  • Proteggere dalla corrosione tutte le connessioni e i contatti con guaine termorestringenti e nastro isolante
  • Installare solo moduli calpestatili e resistenti agli urti sul ponte
  • Proteggere i supporti da tempeste e mareggiate con montanti

Cosa sono i cosiddetti moduli solari Plug&Play?

La tipologia più semplice di impianto fotovoltaico a bordo è un set completo di pannelli solari da 12V. In questi set è già incorporato anche il regolatore di carica.

Questi pannelli sono anche molto diffusi con attacchi per caricare direttamente telefoni cellulari e tablet o come accessori per alcuni dispositivi. Ad esempio, i produttori di motori elettrici spesso propongono pannelli solari abbinati alle loro batterie. Tuttavia, ci sono anche versioni più grandi di questi moduli solari Plug&Play che permettono di caricare la batteria dell'imbarcazione stessa.

Questi sistemi plug and play sono particolarmente diffusi sulle imbarcazioni che non hanno una connessione alla rete elettrica all'ormeggio o che sono ancorate a una boa di ormeggio. In questo caso, una cella solare Plug&Play può mantenere la carica della batteria di bordo con un minimo lavoro di installazione, anche quando a bordo non c'è nessuno.

Cosa posso caricare con l'impianto solare?

Fondamentalmente, l'elettricità generata con un pannello solare può essere immessa direttamente nella rete di bordo tramite un regolatore di carica solare ed essere utilizzata per le utenze di bordo. Concretamente, ciò significa che quando c'è il sole si produce energia che va però utilizzata direttamente, in quanto un impianto solare non è in grado di immagazzinarla. Di questo si occupano le batterie di bordo. Così è possibile utilizzare l'elettricità per la luce o altro a bordo anche in un secondo momento.

Si tratta di solito della consueta batteria delle utenze o di un banco batteria a bordo. Funge da riserva e compensa i momenti in cui viene generata meno elettricità o in cui sono attive più utenze. Questo garantisce una tensione costante nella rete di bordo e permette di disporre dell'energia solare a bordo anche di notte.

Tutti i tipi di batterie già presenti a bordo si possono caricare con l'energia solare. L'anello di collegamento decisivo è sempre il regolatore di carica. Deve essere adattato alla rispettiva tensione finale di carica della batteria già in uso. Oltre agli accumulatori al piombo-acido, anche le batterie AGM, al gel o anche le più moderne batterie al litio si possono facilmente caricare a bordo con l'energia solare. Tuttavia, se si vogliono caricare diversi tipi di batterie in banchi batterie separati, ognuno di questi banchi batterie ha bisogno di un proprio regolatore di carica opportunamente adattato.

Quanto deve essere grande l'impianto solare per la mia barca?

  1. Innanzitutto è importante stabilire che cosa deve fare l'impianto. Se si tratta solo di mantenere il carico all'ormeggio, di solito è sufficiente un piccolo modulo plug-and-play singolo sul tetto della cabina, montato con lamelle di gomma sul copri randa o semplicemente adagiato nel pozzetto. Questi impianti solari mobili per barca sono anche adatti, per esempio, per i noleggiatori quando girano nelle baie.
  2. La fase di ampliamento successiva aumenta il raggio d'azione della barca: con uno o due moduli flessibili sul ponte, la durata della batteria può essere notevolmente prolungata già all'ormeggio o durante una crociera di qualche giorno. Nella maggior parte dei casi, questo non basta per rendere la barca completamente autosufficiente a lungo termine con l'energia solare. Tuttavia, evitando consapevolmente di utilizzare le utenze con un consumo elevato e adottando alcuni piccoli accorgimenti, si può andare avanti per qualche giorno senza alimentazione da terra.

Consiglio: imposta il frigorifero a otto gradi Celsius anziché quattro, o inizia il viaggio con un arrosto congelato nel frigorifero, che poi si scongela lentamente nel corso del primo giorno e mezzo svolgendo gran parte del lavoro di raffreddamento. Questo già permette di risparmiare un sacco di energia elettrica.

Per prolungare la durata della batteria sono adatti anche i kit solari completi, che semplicemente si montano a bordo e si collegano alla batteria di bordo tramite il regolatore di carica incluso. Spesso questi vengono anche proposti, in maniera non del tutto esatta, come celle solari da 12V.

Tuttavia, se l'obiettivo è che la barca sia completamente autosufficiente dal punto di vista energetico mediante l'energia solare, diventa fondamentale una pianificazione dettagliata. Di questo fa parte l'analisi di tutte le utenze e dei loro tempi di funzionamento per determinare il fabbisogno giornaliero di elettricità e per calcolare la potenza dei moduli solari necessari. Anche la questione della tecnologia fa la differenza quando si tratta di celle solari.

Quali tipi di moduli solari ci sono per le barche?

Anche se a prima vista i moduli solari sembrano molto simili tra loro, ci possono essere differenze significative. A seconda del tipo di celle solari installate, si raggiungono anche diversi gradi di efficienza.

Il grado di efficienza di un modulo solare rappresenta il rapporto tra l'area del pannello e la sua resa. Questo non prende in considerazione l'intera superficie del modulo, ma solo la parte coperta dalle celle solari. Questo valore viene determinato in condizioni di laboratorio e rende paragonabile la qualità di diversi moduli. Fornisce principalmente una valutazione della purezza e della qualità delle celle solari utilizzate, non indica la quantità massima di elettricità che un pannello solare può generare.

La struttura delle singole celle solari determina le proprietà di tutto il modulo solare: le celle solari classiche sono a base di silicio come materiale semiconduttore. La materia prima viene fusa e trafilata in barre o colata in blocchi mentre si indurisce. I blocchi o le barre prodotte in questo modo costituiscono la base per le celle solari monocristalline o policristalline.

La trafilatura descrive la crescita controllata di un cristallo continuo e uniforme. In questo modo si crea una struttura monocristallina. Queste barre sono tagliate a strisce e poi collegate per formare celle solari.

Il monocristallino è un materiale altamente conduttivo a causa della struttura reticolare uniforme nel cristallo, e i bordi uniformi con la struttura definita facilitano la produzione di grandi superfici. Questo tipo di cella fotovoltaica può raggiungere un grado di efficienza superiore al 20 per cento. Nella maggior parte dei pannelli solari monocristallini, la media è appena inferiore a questo 20 %.

Un altro metodo è quello di versare il silicio liquido in un blocco e lasciarlo indurire lì. Anche questo blocco viene poi tagliato a strisce e trasformato in celle solari. Ma se si indurisce in questo modo non si crea una struttura definita. Nel blocco, diversi cristalli si espandono in diverse direzioni per formare una struttura policristallina.

Il silicio policristallino è considerevolmente più semplice in termini di produzione e questo influisce direttamente sul prezzo delle celle fotovoltaiche. La diffusione è di conseguenza maggiore. Tuttavia, in queste celle, le transizioni in corrispondenza dei reticoli cristallini del materiale sono un ostacolo alla conduttività, ed è più complicato costruire superfici più grandi perché non c'è una struttura uniforme. Le celle fotovoltaiche policristalline hanno un'efficienza inferiore di circa il tre per cento rispetto alle celle fotovoltaiche monocristalline. Un metodo per compensare questo svantaggio è quello di posizionare i contatti di alimentazione sul retro delle celle. Queste celle solari con contatto posteriore hanno quindi più superficie disponibile sul lato anteriore per generare elettricità.

Quello che tutte le celle solari a base di silicio hanno in comune è che hanno una struttura cristallina rigida. Tuttavia sono in forte espansione anche le nuove tecnologie, ad esempio le celle amorfe. Questi moduli solari, chiamati anche celle solari a film sottile, sono utilizzati spesso a bordo:

I moduli solari a film sottile si basano su semiconduttori artificiali, per esempio dai composti rame-indio-selenio (moduli CIS) o rame-indio-gallio-selenio (moduli CIGIS). Questi moduli hanno il grande vantaggio che, essendo pannelli solari flessibili, non sono rigidi e si possono quindi montare anche su superfici irregolari. Un esempio sono le superfici incollate sul ponte di uno yacht. A seconda del modello queste sono anche calpestabili. Di contro, i moduli amorfi di solito hanno un grado di efficienza significativamente più basso del 16% al massimo, spesso solo intorno al 14%, e sono un po' più pesanti delle celle a base di silicio a parità di superficie.

Tuttavia questo compromesso può risultare vantaggioso a bordo se un'area notevolmente più grande può essere utilizzata per la produzione di elettricità.

Ma lo sviluppo tecnico qui è lungi dall'essere terminato. Al momento sono in corso ricerche su altri tipi di celle per pannelli solari flessibili in cui vengono utilizzati materiali organici in celle amorfe per poter utilizzare uno spettro più ampio di luce solare. In futuro sono concepibili anche intere vele che producono energia elettrica sugli yacht. Queste e le cosiddette celle ibride, che contengono componenti cristallini e organici, raggiungono già efficienze di oltre il 40% nei test di laboratorio, ma hanno una durata di vita breve.

La svolta energetica che si sta perseguendo ha contribuito in modo significativo allo sviluppo del settore dell'energia solare negli ultimi dieci anni, e anche l'efficacia degli impianti fotovoltaici convenzionali è in continuo miglioramento.

Qual è il miglior modulo solare?

La scelta del modulo appropriato dipende principalmente da dove deve essere montato. Se deve essere sul ponte (la posizione più sfavorevole), è opportuno utilizzare pannelli solari semi-flessibili a film sottile. Questi si adattano, ad esempio, alla leggera curvatura del tetto della cabina e generalmente sono anche calpestabili. Questo è particolarmente importante quando si lavora su barche a vela, ad esempio mentre si arma il boma.

Installazione di un sistema solare



Ma se invece è possibile montare il modulo in piano, per esempio su un porta apparecchiature, allora la prima scelta è rappresentata dai moduli rigidi con telaio in alluminio e struttura monocristallina. Questo vale anche per il tetto di una timoneria. Oltre all'elettricità, le celle fotovoltaiche producono anche calore, e più sono ventilate da sotto, più efficacemente funzionano.

Installazione di un sistema solare

Consumo a bordo

La base di partenza per pianificare un impianto fotovoltaico di uno yacht è il fabbisogno complessivo di elettricità a bordo. Solo a questo punto si può calcolare la potenza necessaria dei pannelli solari.

1. A tale scopo basta preparare una semplice tabella che riporti il consumo di tutte le utenze nell'arco di 24 ore. È importante considerare i rispettivi tempi di funzionamento: un plotter cartografico da 0,8 ampere consuma in 24 ore molta più elettricità di una pompa autoclave da 8 ampere utilizzata in totale solo per due minuti al giorno. Alla fine della tabella, si somma il consumo totale ottenendo una quantità minima di elettricità necessaria al giorno. I valori tipici per i moderni yacht da crociera superano spesso i 60A/giorno, a seconda dell'equipaggiamento.

2. Una seconda tabella elenca tutti i generatori di corrente già presenti o da installare: se ad esempio il motore viene avviato ogni mattina all'ancora per produrre acqua calda per la doccia, la dinamo contemporaneamente carica anche il banco batterie (30 min x 40A significa già 20Ah). Alla fine rimane la differenza tra energia consumata ed energia generata. L'impianto fotovoltaico deve quindi generare questa quantità di energia elettrica per rendere la barca autosufficiente. Nell'esempio sono 40A al giorno.

Consumatore Numero Registrazione di performance singole Consumo totale di energia Tensione d'esercizio Consumo di energia Tempo di funzionamento / giorno Tempo di funzionamento / giorno Wh/giorno Ah/giorno
Posizione lanterna verde 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Posizionilaterne marcire 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Lanterna posteriore 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Toplicht 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Luce dell'ancora 1 10 Watt 10 Watt 12 V 0,83 A 480 min 8,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Luci del ponte 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Searchlight 1 100 Watt 100 Watt 12 V 8,33 A 10 min 0,17 h 16,67 Wh 1,39 Ah
Apparecchio da tavolo da gioco 1 10 Watt 10 Watt 12 V 0,83 A 20 min 0,33 h 3,33 Wh 0,28 Ah
Illuminazione del salone 6 20 Watt 120 Watt 12 V 10,00 A 240 min 4,00 h 480,00 Wh 40,00 Ah
Galley 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Cabina 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Illuminazione obbligatoria 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 240 min 4,00 h 160,00 Wh 13,33 Ah
GPS 0 2 Watt 0 Watt 12 V 0,00 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Plotter 1 8 Watt 8 Watt 12 V 0,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Radar 1 50 Watt 50 Watt 12 V 4,17 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Radio 1 5 Watt 5 Watt 12 V 0,42 A 120 min 2,00 h 10,00 Wh 0,83 Ah
Notebook 1 40 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Salpa ancora 1 500 Watt 500 Watt 12 V 41,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Elica di prua 1 2.000 Watt 2.000 Watt 12 V 166,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Pompa dell'acqua 1 40 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 10 min 0,17 h 6,67 Wh 0,56 Ah
Frigorifero 1 50 Watt 50 Watt 12 V 4,17 A 240 min 4,00 h 200,00 Wh 16,67 Ah
Pompa di emergenza (sentina) 1 25 Watt 25 Watt 12 V 2,08 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Pompa di sentina (doccia) 1 25 Watt 25 Watt 12 V 2,08 A 20 min 0,33 h 8,33 Wh 0,69 Ah
WC 1 100 Watt 100 Watt 12 V 8,33 A 10 min 0,17 h 16,67 Wh 1,39 Ah
Radio 1 25 Watt 25 Watt 12 V 2,08 A 240 min 4,00 h 100,00 Wh 8,33 Ah
Altro 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Totale = 3418 Watt = 284,83 A = 1608,33 Wh = 134,03 Ah

Nel nord Europa si può prevedere un irraggiamento solare efficace per circa otto ore al giorno in estate. L'impianto fotovoltaico deve quindi generare 40 ampere di elettricità in 8 ore (40A / 8h = 5A/h). In una rete di bordo da 12V, 5 ampere-ore corrispondono a 60 wattore (12V x 5A/h = 60Wh).

Un errore comune è quello di presupporre che un pannello solare da 60 Wp possa produrre la quantità di elettricità necessaria in una sola ora di sole di mezzogiorno. Tuttavia è possibile raggiungere la potenza di picco di 60 Wp solo in condizioni ideali (vedi FAQ), realizzabili probabilmente in Marocco in un frigorifero. In realtà, anche in una giornata di sole nel nord Europa, un impianto solare ne produce meno della metà. È quindi opportuno pianificare almeno il 50% di potenza in più. La quantità di energia prodotta, inoltre, aumenta lentamente al mattino e diminuisce lentamente verso sera. Non si può quindi partire dal presupposto che la resa sia la stessa per tutte le 8 ore.

Immagazzinare elettricità da un impianto solare a bordo

Il regolatore di carica

Gli impianti solari non si possono collegare direttamente a una batteria solare, dal momento che la loro tensione è solitamente molto più alta di quella della rete di bordo. Un regolatore di carica (chiamato anche regolatore solare) deve prima di tutto adattare la corrente alla rete di bordo. Il regolatore di carica svolge quindi una funzione importante!

La variante più economica sono i regolatori di carica PWM (modulazione di larghezza d'impulso). In questo caso, solo la tensione (larghezza di impulso) della carica viene adattata alla tensione della batteria per evitare il surriscaldamento della stessa. L'esempio precedente del pannello solare da 60 Watt mostra concretamente cosa significa. Supponiamo che possa generare 30 volt di tensione e un massimo di 2 ampere di corrente di carica: 60W / 30V = 2°

Un regolatore PWM limita la tensione a 14,8 volt di tensione di carica per una normale batteria per auto. Tuttavia, i 2 ampere di corrente di carica rimangono e vengono trasmessi alla batteria. Questo significa che alla batteria arriva un massimo di 14,8V x 2A = 29,6W di potenza. – La metà dell'energia generata, in condizioni ottimali di laboratorio, viene quindi dispersa a causa del regolatore di carica. In realtà, la corrente di carica rimanente sarà intorno ai 10-15 watt, cioè poco meno di 1 ampere. Quindi in questo modo nemmeno in un giorno intero i 40A necessari arrivano alle batterie.

I regolatori di carica PWM sono in compenso molto economici. Se lo scopo dell'installazione, ad esempio, è quello di conservare la carica alla boa di ormeggio, questo può essere un valido compromesso.

Nella maggior parte degli altri casi, vale la pena utilizzare un regolatore MPPT (Maximum Power Point). Con questa variante, tutta l'energia viene prima convertita alla tensione di bordo e poi immessa in un banco batterie. Nell'esempio di cui sopra, questo significa sempre 14,8 volt ma una corrente di carica di ben 4A in condizioni di laboratorio (60W / 14,8V = 4,05A). Nella realtà si perde qualche altro punto percentuale per la trasformazione e il rendimento raggiunto dal pannello è inferiore a quello raggiungibile in condizioni di laboratorio. Ad ogni modo, nelle stesse condizioni, 2-3 ampere a mezzogiorno sono un risultato realistico. Con un regolatore MPPT, è quindi quasi realistico raggiungere i 40 Ah in una giornata molto soleggiata con l'inseguimento del pannello e con molte ore di sole in estate. In questo esempio è già molto chiara la superiorità dei regolatori MPPT. È importante sottolineare che per caricare una batteria è sempre necessaria una tensione superiore a quella della batteria stessa. Nel caso dei controllori MPPT, di solito è di circa 5 volt in più affinché possa aver luogo la trasformazione. Nel nostro esempio, l'impianto solare deve quindi raggiungere 20V prima che sia possibile caricare qualcosa.

Banco batterie / power bank

In merito al tipo e alle dimensioni del banco batterie, ci sarebbe abbastanza contenuto per una guida separata. Quando si opera con un impianto solare, è importante che le batterie utilizzate sulla barca abbiano un elevato ciclo di vita (con “ciclo di vita” si intende la frequenza con cui una batteria può essere scaricata e poi ricaricata), dal momento che vengono costantemente caricate durante il giorno.

Il regolatore di carica determina anche quali tipi di batterie possono essere caricate. Un buon regolatore di carica può però essere adattato alle diverse caratteristiche e tensioni di carica dei diversi tipi di batterie.

Installazione dell’impianto solare

Di cosa ho bisogno per installare un impianto solare a bordo?

L'installazione di un impianto solare a 12V è piuttosto semplice: basta installare i pannelli e il regolatore di carica seguendo le istruzioni e collegare tutto con gli appositi cavi. Se disponi di una buona manualità, puoi anche costruire da solo i supporti per i pannelli solari a bordo o usare i kit di montaggio dei produttori. Per quanto riguarda i supporti, è necessario fare in modo che i moduli non si stacchino anche in caso di onde o forti venti che colpiscono i supporti. Oltre alle competenze tecniche, ci sono anche altri fattori da considerare quando si installa un impianto solare:

Negli impianti fotovoltaici è presente una tensione elevata. La tensione tra il regolatore di carica solare e il pannello solare è ancora più alta rispetto al resto del sistema elettrico di bordo.

Anche chi ha familiarità con la corrente di bordo deve quindi prestare una particolare attenzione nel calcolo delle sezioni dei cavi. La tensione e la corrente variano anche a seconda del produttore e del tipo. Si dovrebbero quindi installare sempre gli stessi modelli, oppure si deve valutare attentamente dove i collegamenti in serie (la tensione si somma, la corrente corrisponde al pannello più debole) e dove i collegamenti in parallelo (la tensione corrisponde al pannello con la tensione più bassa, ma la corrente si somma) possono essere ragionevoli o magari addirittura pericolosi. Le installazioni miste in cui sono collegati diversi moduli solari è quindi meglio affidarle a un professionista.

È bene evitare anche lunghi percorsi di cavi. Di regola, è meglio installare il regolatore di carica in prossimità della batteria e i cavi più lunghi nella parte con la tensione più alta, ovvero tra il pannello e il regolatore di carica. Questo riduce anche le sezioni di cavo necessarie per i passacavo del ponte.

È meglio collegare il regolatore solare stesso (regolatore di carica) direttamente alla batteria con il proprio fusibile. La batteria assicura anche che non venga prelevata troppa corrente all'uscita del carico (il lato dell'alimentazione di bordo) del regolatore solare quando si accendono le utenze con un consumo maggiore nella rete di bordo.

Collegamento in parallelo

I pannelli utilizzati determinano in ogni caso le specifiche necessarie di un regolatore di carica. Le specifiche di potenza del regolatore di norma non si riferiscono alla rete di bordo. Se un regolatore è omologato per un massimo di 100V/6A, questo non dice nulla sulla corrente massima che può essere immessa nel sistema elettrico di bordo! Le specifiche sono da intendere come segue: la corrente di carica dei pannelli solari non deve superare i 6 ampere e la tensione dei pannelli solari non deve superare i 100 volt. Questi valori vanno rispettati soprattutto se si collegano diversi pannelli solari. Perché se sono collegati in serie, la loro tensione si somma; se sono collegati in parallelo, gli ampere del regolatore di carica aumentano.

Posso montare più pannelli solari a bordo?

Se si ha abbastanza spazio, conviene installare più pannelli. Se sono collegati correttamente, questo riduce anche il rischio di interruzione della carica se una parte ad esempio si trova all'ombra della vela maestra.

Il regolatore di carica di solito ha bisogno solo di qualche volt in più di tensione sul lato solare rispetto alla rete di bordo per iniziare a caricare. Con i regolatori di carica MPPT si tratta di circa 5 volt, con i regolatori solari PWM 1-2 volt in più sono già sufficienti. Poiché i pannelli solari, specialmente a bordo, raramente sono perfettamente allineati, è utile collegare diversi pannelli in serie per sommare la tensione dei singoli moduli solari. Ad esempio: tre moduli con una tensione massima di 20 volt sono installati e anche in presenza di nuvole vengono già generati alcuni volt di tensione. Ogni modulo solare preso singolarmente può erogare solo 6 volt. Come conseguenza del collegamento in serie, la tensione al regolatore di carica sale comunque a 18V e può immettere la corrente generata nella batteria. Con quattro pannelli, il processo di ricarica inizia già nel momento in cui ogni singolo pannello solare produce una tensione di 4,5 V. - Anche se si tratta solo di pochi ampere-ora in totale, è comunque meglio di niente. A condizione che le sezioni dei cavi e la potenza del regolatore di carica siano adeguate, è possibile collegare in serie un numero infinito di pannelli. Lo spazio disponibile a bordo è quindi l'unico limite.

Ma attenzione: In pieno sole di mezzogiorno, però, la tensione in questo collegamento in serie arriva fino a 60 volt. Di conseguenza, anche il regolatore di carica deve essere progettato per 60 volt. Una simile installazione è quindi particolarmente utile in combinazione con un regolatore solare MPPT, che può sfruttare anche le alte tensioni.

Se i pannelli vengono collegati in parallelo, invece, la tensione totale si basa sul modulo con la tensione più bassa. Se la tensione scende al di sotto della tensione della batteria a causa dell'ombreggiamento su un singolo modulo, ma non abbastanza da far passare un diodo di bypass (vedi FAQ), si interrompe immediatamente l'intera carica. Nell'esempio sopra, tuttavia, ci sono solo 6 volt su tutti e tre i moduli: in un giorno di pioggia come questo, le batterie non riceverebbero alcuna energia per tutto il giorno se collegate in parallelo.

Poiché con il collegamento in parallelo la corrente viene sommata, anche il regolatore di carica deve essere dimensionato di conseguenza per la potenza di picco in caso di sole. Con tre moduli da 20 volt con 2 ampere ciascuno, il regolatore di carica deve essere progettato per 20 volt con 6 ampere.

Solare e Bord

Dove posso installare un impianto fotovoltaico a bordo?

I pannelli solari devono essere posizionati in modo tale da non essere oscurati dal sartiame o da altre attrezzature, per quanto possibile. Le posizioni più indicate sono su un pulpito o su un lato del pozzetto vicino al parapetto. Conviene usare dei telai mobili per adattare il modulo fotovoltaico alla posizione del sole. Sul lato del pozzetto, è anche possibile installare un supporto girevole su un supporto del parapetto o sul pulpito di poppa. In questo modo il pannello solare all'ormeggio o all'ancora può anche essere regolato in base al momento della giornata.

Se non c'è abbastanza spazio, un bimini può essere un buon compromesso, soprattutto perché l'impianto solare produce ombra a sua volta. A condizione, naturalmente, che l'albero sia abbastanza corto e non faccia ombra ai pannelli solari.

Il peggior posto possibile per l'installazione, ma purtroppo anche il più comune, è sul tetto della cabina. È allettante perché è facile lavorarci e si pensa che ci sia un sacco di sole che batte sulla cabina. In realtà, qui una parte dell'impianto fotovoltaico sarà sempre ombreggiata dall'asta, la vela e il copri randa.

È necessario tenerne conto quando si effettua l'installazione. Se vengono montati diversi moduli, è sensato solo un collegamento in serie con un regolatore MPPT. Questo vale soprattutto se le drizze deviate passano anche sopra il pannello solare fino alla cabina di pilotaggio, proiettando fasce di ombra sulle celle fotovoltaiche. In tal caso, l'impianto solare finisce per diventare un accessorio di decorazione di scarsa utilità, e la frustrazione per gli alti costi d'installazione e il basso rendimento è praticamente già garantita.

Come e dove posso posare i cavi di collegamento per i moduli solari e come posso portare i cavi sotto coperta?

Gli accessori per gli impianti solari di bordo, e in particolare i passascafo, sono disponibili in diverse varianti. È meglio raggruppare i cavi dell'alimentazione dei singoli pannelli in una cassetta di distribuzione in modo che solo un cavo comune conduca al regolatore di carica sottocoperta. A seconda del punto di installazione, ci sono vari passacavi a prova di schizzi d'acqua e cassette impermeabili per il cablaggio sul ponte.

I cavi di collegamento individuali andrebbero anche fatti passare sul ponte attraverso dei condotti o attraverso delle canaline per cavi installate in modo permanente. Così, per esempio, un compagno di navigazione non rischia di impigliarsi accidentalmente con il gancio della barca nella foga del momento e di danneggiare il costoso impianto.

A volte serve un po' di creatività per far arrivare il necessario sottocoperta: Per esempio, se due pannelli sono montati a poppa e due pannelli sul tetto della cabina: i pannelli solari a poppa è meglio quindi che siano collegati insieme sopra e indirizzati con un cavo comune attraverso il gavone fino al regolatore di carica vicino alla batteria. Dal tetto della cabina, conviene fare un percorso lungo i corrimano sotto il paraspruzzi o verso l'albero. È possibile che ci siano già dei condotti per cavi sottocoperta da poter utilizzare.

FAQs

Cosa sono i diodi di bypass e perché è necessaria la protezione dell'hotspot?

Se i pannelli solari sono parzialmente in ombra, sporchi o addirittura guasti, l'impianto fotovoltaico non è più in grado di funzionare correttamente. I produttori di moduli solari rispondono a questa eventualità con i cosiddetti diodi di bypass. Mettono in collegamento parti del pannello se una cella fotovoltaica in esso fornisce meno corrente delle altre. Senza questo ponte, la tensione in tutto il pannello diminuirebbe. In questo modo, però, il resto del pannello può continuare a produrre elettricità (in misura minore). A seconda del produttore e delle dimensioni, in un modulo fotovoltaico 2-4 aree sono di solito separate l'una dall'altra.

Essendo componenti elettrici, però, questi diodi sono alquanto sensibili alle forti sovratensioni. Queste sono causate, ad esempio, da temporali con fulmini nelle vicinanze, ma possono verificarsi anche a causa di un'alimentazione a terra malfunzionante o di un generatore eolico collegato in maniera errata. Se, per esempio, l'alimentazione a terra è collegata in modo errato e il conduttore di protezione (terra) della connessione a terra è collegato al polo negativo della batteria attraverso lo scafo (yacht in acciaio) o il bullone della chiglia (barche in vetroresina), la corrente di guasto fluirà non solo attraverso il bullone della chiglia o lo scafo in acqua, ma anche attraverso la batteria al polo negativo della batteria. Poi improvvisamente arrivano 220 volt sul terminale sbagliato del diodo e nella migliore delle ipotesi si verifica "solo" un cortocircuito.

Se il diodo si rompe, una parte della corrente delle celle funzionanti del pannello fluisce nella cella guasta riscaldandola. Questo crea dei veri e propri hotspot, punti caldi, nel modulo solare. Non solo viene convertita l'elettricità in calore e si disperde energia, ma il calore generato può persino distruggere la cella o causare un incendio del substrato. Quindi, oltre al diodo di bypass, si inserisce spesso un altro diodo nella linea per determinare la direzione della corrente e impedirle di fluire di nuovo nella cella. Questa combinazione viene definita "Hotspot protection".

Solare e Bord

Se diversi moduli solari sono collegati in serie, si dovrebbero collegare degli appositi diodi anche tra i collegamenti dei singoli pannelli. Questo evita che un intero pannello diventi un hotspot se si trova all'ombra mentre gli altri sono completamente irradiati.

La tensione di rottura dei diodi (tensione massima) dovrebbe essere leggermente superiore alla tensione di circuito aperto del modulo solare protetto dal fusibile. A una certa tensione i diodi semplicemente si rompono. Al contrario di quanto ci si aspetterebbe, ciò ha poi l'effetto di far passare qualsiasi corrente in qualsiasi direzione. Ecco perché i pannelli da 100V con 4A vanno protetti con un diodo che possa sostenere più di 100V e 4A.

Ma è anche possibile collegare 2 diodi da 100V e 2A in parallelo per avere "un" diodo da 100V e 4A.

Purtroppo, i diodi con una tensione di rottura più alta e gli ampere richiesti sono relativamente costosi e di grosse dimensioni. Non è quindi insolito installare diversi diodi di bypass più piccoli in parallelo nella cassetta di connessione se si desidera realizzare il circuito da soli.

Come posso sapere se il mio impianto fotovoltaico di bordo funziona?

Non appena il sole illumina un impianto solare, si può osservare un aumento di tensione sul pannello con un multimetro. La maggior parte dei regolatori di carica sono anche dotati di diodi luminosi che segnalano se viene generata corrente di carica.

Nel settore degli accessori per impianti solari, ci sono dispositivi di misurazione con display da installare permanentemente a bordo. Un indicatore della batteria permette di tenere sotto controllo il consumo. Su questo si può osservare facilmente la resa energetica. Alcuni regolatori di carica, di Victron ad esempio, permettono di disporre di questi dati tramite bluetooth da cellulare o tablet, in modo da consentire una valutazione a lungo termine. In questo modo si possono creare delle statistiche che mostrano in tempi brevi i guasti causati da connessioni corrose, per esempio, sotto forma di cali della prestazione nella curva a lungo termine.

Quanto dura un impianto fotovoltaico a bordo?

Ci sono moduli fotovoltaici che funzionano per decenni. Col tempo diminuisce però l'efficienza delle celle solari. Tuttavia i moduli perdono efficacia perlopiù a causa di danni meccanici e non a causa dei loro anni.

È comunque utile tenere d'occhio il progresso tecnico e valutare cosa fare con le vecchie installazioni. Rispetto ai vecchi sistemi, le moderne celle fotovoltaiche generano più elettricità su una superficie minore. Questo sviluppo sta avanzando rapidamente, guidato dalle esigenze della rivoluzione energetica globale, e influisce anche sulla tecnologia dei regolatori di carica. I regolatori di carica fotovoltaici al giorno d'oggi stanno diventando sempre più efficienti.

Posso installare un impianto solare su qualsiasi barca?

Sì, se c'è abbastanza spazio ed è possibile installare un supporto per le attrezzature, i pannelli solari si possono installare su qualsiasi imbarcazione.

Quali sono i produttori di impianti solari nella nautica da diporto?

Mentre ci sono solo pochi produttori specializzati in celle solari, ci sono parecchie aziende sul mercato che realizzano pannelli e impianti solari a partire da esse. Le grandi marche con una lunga esperienza nella costruzione di moduli solari sono, ad esempio, Sunware o Solara. Altri produttori, come Sunbeam o Phaesun, sono nati più recentemente ma offrono spesso prezzi più bassi.

Per quanto riguarda i regolatori di carica, i produttori di componenti elettronici di bordo sono generalmente all'avanguardia, soprattutto se sono anche specializzati in batterie e tecnologia di ricarica. Il leader in questo settore è probabilmente Victron. Una funzione particolare è la possibilità, per alcuni regolatori di carica fotovoltaici Victron, di rilevare il rendimento attuale tramite Bluetooth sullo smartphone. La maggior parte dei produttori di impianti solari, tuttavia, offre anche i regolatori nella propria gamma di prodotti.

Cosa significa il valore di watt picco (Wp) sui pannelli solari?

I watt-picco sono una grandezza comparativa per il dimensionamento degli impianti solari. A questo scopo viene determinata la massima potenza possibile in condizioni ideali definite. Ma è quasi impossibile che queste condizioni ideali si verifichino nella realtà. Concretamente, ciò significa 1000 watt per metro quadrato di irradiazione solare, 25 gradi Celsius di temperatura del modulo e un indice di massa d'aria di 1,5.

Nel nord Europa, un'irradiazione di 1000 W/mq è raggiungibile solo in una giornata estiva particolarmente soleggiata. In questo caso però la temperatura del modulo sarà già significativamente più alta, il che in realtà abbassa il rendimento. L'indice di massa d'aria è importante per descrivere la dispersione dell'energia solare nell'atmosfera. Un indice di massa d'aria pari a 1 corrisponde alla quantità di atmosfera che si trova verticalmente sopra un punto della terra. Se il sole si trova ad un angolo di 45 gradi sopra l'orizzonte, però, il percorso attraverso l'atmosfera è molto più lungo. Con questa angolazione l'indice di massa d'aria corrisponde quindi a 1,5.

Autore Hinnerk Weiler

Autore Hinnerk Weiler

Hinnerk Weiler, giornalista di vela, navigatore di lungo corso e lupo di mare spiega il solare a bordo. Come marinaio esperto e conoscitore della tecnologia delle barche, sa di cosa sta parlando.

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