Un impianto solare fuori rete (un impianto fotovoltaico autonomo) è una fonte di energia autonoma e rappresenta una soluzione per molte applicazioni che non hanno o non vogliono essere collegate alla rete elettrica (su rete). Tuttavia, questo impianto deve essere adeguatamente dimensionato per soddisfare il consumo energetico giornaliero ed essere in grado di sostituire l’energia utilizzata dalla batteria.

František Ďurišek, product manager di SOS electronic, presenterà una soluzione completa per un’applicazione fuori rete relativamente all’alimentazione di dispositivi elettrici di piccola potenza, utilizzabili nell’industria, negli spazi pubblici, nelle abitazioni e in ambito ricreativo.  

Tra le applicazioni fuori rete più diffuse che utilizzano pannelli solari a bassa potenza figurano:

• lampione autonomo – parchi, parcheggi, fermate degli autobus;
• alimentazione di sistemi di telecamere;
• dispositivo di sicurezza di edifici o giardini;
• alimentazione del sistema di irrigazione;
• aerazione dell’acqua di stagni e laghetti;
• misurazione del livello di torrenti e fiumi;
• telerilevamento e misurazione di vari parametri (telemetria). 

Di cosa abbiamo bisogno per realizzare un’applicazione fuori rete?

«Ho ampliato la nostra gamma di prodotti di SOS electronic con i pannelli fotovoltaici di Solarfam. E per rendere la costruzione del nostro impianto fuori rete davvero semplice e veloce, ho aggiunto anche tutti gli altri componenti necessari, come connettori di alimentazione, un cavo adatto, ma anche un regolatore e una batteria», afferma František Ďurišek. 

Per un elenco di tutti i prodotti necessari per un piccolo impianto fotovoltaico autonomo, consulta la nostra disponibilità di magazzino o dai un’occhiata direttamente alla fine dell’articolo. 

Pannello solare Solarfam per 20W e 30W

«Secondo la mia esperienza, per alimentare i dispositivi con una potenza inferiore, è sufficiente utilizzare un pannello solare da 20W-30W. Un pannello solare troppo grande occupa molto spazio e il palo su cui andrebbe posizionato deve già avere una struttura più robusta: in questo caso, utilizzare l’energia solare diventa un’opzione inutilmente costosa fin dall’inizio», continua František Ďurišek, specialista di prodotto di SOS electronic. 

Per questo motivo abbiamo inserito due tipi di pannelli solari nella nostra gamma di fonti energetiche alternative:  

• pannello solare monocristallino Solarfam da 20W, contrassegnato come SZ-20-32M, con telaio in alluminio anodizzato nero e terminali a led indipendenti. In questo caso, esistono due opzioni per il collegamento: la prima consiste nell’aggiungere connettori e collegare un cavo più lungo; nel secondo caso, se vogliamo che il regolatore e la batteria si trovino nella cassetta quanto più vicino possibile al pannello solare, dobbiamo far passare i cavi attraverso un passacavi, ad esempio M 12 x 1,5 ECO, direttamente nella cassetta.
• Il pannello solare da 30W SZ-30-36M di Solarfam ha già i connettori installati, quindi è sufficiente acquistare le controparti corrispondenti, di cui parliamo nel prossimo paragrafo.

Connettori di potenza con sezione in rame da 2,5 mm²

Abbiamo scelto due connettori di alimentazione CC STÄUBLI per pannelli solari di piccola potenza, ovvero PV-KST4/2,5 PV e PV-KBT4/2,5 PV.  

Ci siamo concentrati sui connettori di potenza con sezione ridotta perché il mercato offre solitamente connettori con sezioni maggiori, ovvero 4 mm² o 6 mm². Naturalmente è possibile utilizzare sezioni trasversali più grandi, ma per le nostre esigenze si tratta di una soluzione inutile. Nel nostro caso, le sezioni trasversali più grandi non presentano alcun vantaggio e di solito sono più costose.

Cavo solare

Un elemento importante di ogni progetto solare è un cavo particolarmente adatto al fotovoltaico per uso interno ed esterno.  

Nel caso di connettori selezionati per cavi con sezione in rame di 2,5 mm², si consiglia di utilizzare il cavo unipolare FLEX-SOL-EVO-TX 2,5 1m (62.7430-91021) di Stäubli, che risulta piacevolmente flessibile e più leggero rispetto ai cavi con sezione in rame più grande. L’isolamento resiste bene alle radiazioni UV e agli agenti atmosferici. 

Per una crimpatura affidabile dei contatti dei connettori al cavo solare, si consiglia di utilizzare le pinze crimpatrici PV-CZM-BS (32.6025), sempre di Stäubli.

Regolatore solare MPPT. Con o senza display?

Un altro elemento importante dell’impianto solare fuori rete è il regolatore. Esistono due tipi di regolatori molto conosciuti sul mercato: i regolatori PWM e MPPT. Quando si collega un pannello solare con un regolatore di tipo MPPT, si ottiene circa il 20 % di energia in più rispetto a un regolatore PWM.

Abbiamo selezionato 2 tipi di regolatori MPPT solari di Solarfam:  

• MPL15 (12/24 V, 15 A), a cui è possibile collegare solo una batteria al piombo, e
• SX1045 (12 V, 10 A), in cui è possibile scegliere il tipo di batteria: al piombo o LiFePO₄. Inoltre, questo regolatore è dotato di un display LCD, sul quale è possibile impostare il tipo di accumulatore di cui sopra, nonché i punti di disconnessione degli apparecchi dall’accumulatore. Può anche visualizzare la tensione nel sistema, lo stato della batteria e monitorare lo stato di carica durante il giorno. Questo regolatore solare è dotato di una porta per il sensore di temperatura e di un grado di protezione IP32. 

Entrambi i regolatori solari sono dotati anche di un’uscita a 5 V per il collegamento di qualsiasi dispositivo. È vero che entrambi i regolatori sono un po’ sovradimensionati, ma i loro parametri si adattano perfettamente ai nostri piccoli sistemi solari autonomi.

Batterie 

L’ultimo e più importante elemento del nostro impianto solare fuori rete è la batteria. La scegliamo in base al tipo di applicazione e all’uso che facciamo del nostro impianto solare. 

«Tuttavia, quando si parla di batterie, dobbiamo ricordare che anche per i pannelli fotovoltaici con piccole rese, l’accumulatore non deve essere sottodimensionato, in modo da non essere sorpresi, ad esempio, da lunghe giornate di pioggia», continua František Ďurišek.  

Come prima scelta, consigliamo queste due batterie al piombo:  

• NP12-12 – batteria Yuasa al piombo da 12V, 12 Ah, come capacità minima della batteria per un piccolo dispositivo solare.
• Se durante il collaudo del dispositivo si rileva che non è sufficiente, non temere di utilizzare una batteria con una capacità maggiore, come ad esempio SWL780V, che ha una capacità fino a 28 Ah in un set con 2 pannelli orientabili su diverse angolazioni per sfruttare l’energia del sole più a lungo. 

Tuttavia, è possibile collegare al regolatore solare SX1045 anche batterie LiFePO₄, ad esempio XCell 12,8-6 (LFP126) o CE-12/20, che possono risultare più convenienti nel lungo periodo. 

Suggerimento per ampliare l’impianto solare fuori rete 

Se durante l’utilizzo del nostro impianto fotovoltaico ci accorgiamo che manca ancora energia, possiamo facilmente aggiungere un altro pannello solare in serie o in parallelo. Inoltre, se lo colleghiamo a un’angolazione diversa, possiamo sfruttare la luce solare in modo più efficiente durante il giorno.

I regolatori solari che abbiamo scelto per questo impianto fuori rete consentono una configurazione di questo tipo. Possiamo collegare il regolatore MPL15 a 2 pannelli solari in serie senza problemi, perché la tensione massima in ingresso dai pannelli al regolatore è di 75V.

Se utilizziamo il regolatore SX1045 e i pannelli solari collegati in serie, la tensione massima in ingresso al regolatore è di 45 V, il che ci pone già al limite della tensione consentita. Potremmo proteggere gli ingressi con un varistore o semplicemente collegare i pannelli solari in parallelo. 

Speriamo che questo articolo sia stato d’ispirazione per provare a costruire il tuo impianto di energia solare fuori rete per una vasta gamma di applicazioni. 

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