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Ambiente: in arrivo batterie ricaricabili low-cost per accumulo energetico

batteriaUna nuova generazione di batterie ricaricabili che potrebbe rilanciare la corsa di fotovoltaico ed eolico. E’ la nuova tecnologia messa a punto dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology di Boston, che si basa su batterie a flusso in grado di fare a meno delle costose membrane che di solito si usano per separare i reagenti presenti nei dispositivi. La notizia della scoperta è stata pubblicata su Nature Communications, il cui articolo sostiene che le nuove batterie low cost potrebbero favorire la diffusione delle fonti rinnovabili risolvendo una volta per tutte i problemi legati all’accumulo dell’energia, tipico delle fonti intermittenti come sole e vento. Il nuovo dispositivo ideato dagli scienziati del MIT contiene due diversi liquidi (una soluzione di bromo e una di idrogeno) che passano da un elettrodo all’altro attraverso un canale. Questo genera una serie di reazioni elettrochimiche che consentono di produrre e immagazzinare energia.

La grande novità, come anticipato, consiste nell’assenza di costose membrane per separare i due liquidi, che invece rimangono distinti grazie al fenomeno del flusso laminare, che permette di far scorrere le due soluzioni senza che avvengano reazioni tra i fluidi.

Secondo le stime dei ricercatori, la nuova batteria potrebbe produrre energia a un costo di 100 dollari per kilowattora, che potrebbe essere interessante per le società di servizi pubblici americane.

di

Collegamento Pannelli Fotovoltaici in Serie e Parallelo

Il collegamento di più pannelli fotovoltaici spiegato in modo chiaro e semplice.

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In questo articolo cercherò di spiegarti chiaramente come effettuare il collegamento di più pannelli solari fotovoltaici, per aiutarti al massimo ho disegnato alcuni schemi di collegamento che spero ti saranno utili per collegare i tuoi pannelli solari!

Ma perché dovrei collegare più pannelli fotovoltaici?

Il collegamento di più pannelli fotovoltaici è dettato dall’esigenza di avere una maggiore produzione di energia in grado di soddisfare una maggiore percentuale del nostro fabbisogno energetico.

Ti ricordo che questo articolo fa parte di una guida più generale per tutte le persone interessate a costruirsi da soli un impianto fotovoltaico fai da te partendo da zero per la propria casa, la propria roulotte o barca…

Un pannello fotovoltaico è come una batteria!

Dato che un pannello fotovoltaico è provvisto di un polo positivo ed uno negativo, essendo in grado di produrre una corrente ad una determinata tensione continua, esso può esser visto come una normale batteria/pila comunemente presente in tutte le nostre case. Perciò il suo collegamento deve rispettare le regole base dei collegamenti fra batterie, in questo articolo ti mostrerò il:

  • Collegamento di Pannelli  Fotovoltaici in Parallelo
  • Collegamento di Pannelli Fotovoltaici  in Serie
Dato l’alto interesse suscitato dalla costruzione di un impianto fotovoltaico fai da te, cercherò di rispondere a tutte le tue domande e dubbi che mi potrai porre sia via e-mail  info@ecoglobo.it che tramite commenti qui sotto inerenti il collegamento in serie e parallelo quando colleghiamo fra loro moduli fotovoltaici di diversa potenza.

NOTA: Non mi assumo alcuna responsabilità per danni causati a persone o cose dalla lettura ed applicazione delle informazioni presenti su questo articolo.

Fai Attenzione ai Cavi Elettrici

Non tutti i cavi elettrici andranno bene per collegare il tuo impianto domestico fotovoltaico.

Il primo suggerimento che vorrei darti è quello di scegliere dei cavi elettrici opportunamente dimensionati sulla base della potenza massima erogata dai tuoi pannelli.

La scelta del giusto cavo elettrico è uno dei fattori importanti per aumentare l’efficienza di un impianto fotovoltaico, questo perché se la sezione del cavo è troppo piccola, essa fornirà più attrito alla corrente (elettroni) che in esso passeranno, come ad esempio avviene in un tubo d’acqua: maggiore è la sezione del tubo e maggiore sarà la portata di acqua che potremo far passare al suo interno.

Ricorda che più corrente passerà nei tuoi cavi e maggiormente essi si scalderanno (per effetto Joule) rischiando di far fondere la plastica esterna del cavo, causando cortocircuiti ed incendi mettendo a serio rischio il tuo impianto fotovoltaico e l’incolumità delle persone e cose ad esso vicine.

Se non sai come scegliere il cavo elettrico ho messo a tua disposizione un semplice programma per calcolare la sezione più efficiente da utilizzare in base alla potenza dei tuoi pannelli, ti consiglio comunque quando andrai ad acquistarlo di fornire i dati di potenza e corrente massimi che scorreranno nei cavi, il commesso potrà così darti una ulteriore consulenza confermandoti le sezioni di cui avrai bisogno.

Un secondo suggerimento è rivolto a come collegare in modo sicuro e flessibile tutti i vari cavi elettrici nel tuo impianto fotovoltaico. In qualsiasi ferramenta ed in ogni negozio di elettronica troverai senza alcun problema i mammut (vedi foto qui a sinistra).

Per collegare ad esempio i fili elettrici rossi che vedi nella figura, basta che con un cacciavite piatto sviti leggermente la vite posta sopra il mammut, inserisci i due cavi lateralmente, facendo attenzione a non far uscire fuori dal mammut alcun filo di rame! Infine, avviti con il cacciavite la vite ed avrai velocemente e saldamente collegato i due cavi. Questo tipo di collegamento ti offre il notevole vantaggio di essere flessibile in quanto potrai in qualsiasi momento togliere i cavi e cambiare la configurazione di collegamento al tuo impianto fotovoltaico oppure sostituire uno o più pannelli.

scatola-di-derivazione

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Il terzo ed ultimo consiglio dettato dall’esperienza è quello di inserire TUTTI i tuoi mammut di collegamento all’interno di scatole isolate, e resistenti all’acqua.

Queste scatole sono dette  scatole elettriche di derivazione (foto a destra) e servono proprio a raccogliere i cavi elettrici collegati tramite mammut. In questo modo il collegamento tra pannelli fotovoltaici sarà protetto maggiormente dalla pioggia e da agenti esterni.

Quando Collegare i Pannelli Fotovoltaici in Parallelo

Per collegare i pannelli fotovoltaici in parallelo puoi farlo tutte le volte che hai bisogno di ottenere:

a parità di tensione una corrente erogata superiore,

quindi con il collegamento in parallelo dei tuoi pannelli potresti ad esempio ricaricare più velocemente le tue batterie.

Schema Collegamento Pannelli Fotovoltaici in Parallelo

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Qui sopra ti mostro lo schema su come effettuare il collegamento in parallelo di più pannelli fotovoltaici IDENTICI, ovvero di stessa tensione e corrente.

Se ti stai domandando cosa è un diodo, o perché ne dovresti utilizzare nel tuoi impianto, qui di seguito troverai tutte le risposte.

Perché Inserire un Diodo?

Il diodo si usa:

  1. per prevenire che la corrente accumulata di giorno nelle batterie si scarichi di notte sulle celle dei pannelli danneggiandole;
  2. per proteggere l’intera stringa di pannelli (una stringa è l’insieme di pannelli collegati in un parallelo) da guasti o cortocircuiti sui singoli pannelli.
Per questo motivo il diodo è noto come diodo di blocco.

Quale Diodo di Blocco Scegliere?

Forse il miglior diodo di blocco consigliato per gli impianti fotovoltaici è il diodo Schottky.

Il diodo Schottky è un tipo di diodo caratterizzato da una bassa tensione di soglia:

0,35V rispetto ai 0,6V dei normali diodi.

Questo comporta  una bassissima dissipazione di potenza e quindi un incremento nell’efficienza dell’impianto.

Ombra su Pannelli in Parallelo

Un pannello fotovoltaico anche se ombreggiato fornirà una tensione prossima a quella di un pannello sotto pieno Sole.

Ciò che cambia non è la sua tensione ma la corrente erogata!

La corrente è proporzionale alla quantità di luce che colpisce il pannello.

Quindi il nostro pannello fotovoltaico durante la giornata avrà un irraggiamento crescente fino verso le ore 13-14 e decrescente nelle successive ore.

Vedremo in due prossimi articoli su:

come scegliere l’inverter fotovoltaico

come scegliere il regolatore di carica

che tale variazione potrebbe causare una perdita nell’efficienza del nostro impianto se non stiamo attenti ai modelli che acquisteremo.

Collegamento Pannelli Fotovoltaici in Serie

collegamento pannelli fotovoltaici in serie1

collegamento pannelli fotovoltaici in serie1

Come vedi dallo schema qui sopra, collegando in serie i tuoi pannelli fotovoltaici avrai che:

la tensione sarà pari alla somma delle singole tensioni sui vari pannelli

mentre

la corrente rimarrà uguale a quella prodotta da un solo pannello

Sempre dallo schema di sopra, ad ogni pannello fotovoltaico collegato in serie è collegato un rispettivo diodo di bypass, è lo stesso componente del diodo di blocco del collegamento in parallelo, ma qui svolge una funzione diversa, se sei curioso nel seguente paragrafo ti spiego tutto.

Ombra su Pannelli in Serie

-> l’Effetto HotSpot Fotovoltaico

Un pannello fotovoltaico essendo composto da celle solari collegate fra loro in serie, se parte di queste celle venisse messa in ombra, allora queste celle diventerebbero una resistenza che ostacola ed assorbe corrente. Questo fenomeno è noto come Effetto HotSpot Fotovoltaico. 

La corrente prodotta dalle celle colpite dalla luce solare attraversando le celle in ombra andrà a riscaldare queste ultime per effetto Joule, tale situazione potrebbe portare al danneggiamento delle celle e in casi estremi ad incendi del pannello stesso.

Come Risolvere  l’Effetto HotSpot Fotovoltaico

effetto hotspot fotovoltaico

effetto hotspot fotovoltaico

Ora comprendiamo quanto un’ombra possa causare un abbassamento nel rendimento energetico del nostro impianto, perciò vediamo come correre ai ripari…

Per cercare di limitare l’effetto HotSpot, quello che si fà è dividere il pannello in diverse sezioni composte ognuna da un certo numero di celle e in ogni sezione inserire un diodo di bypass.

Il diodo di bypass serve a by-passare ossia ad escludere la zona del pannello che si trova all’ombra.

Lo svantaggio di questa soluzione è un abbassamento del potenziale del pannnello di circa 0.3 Volt per ogni diodi di bypass inserito!

Il vantaggio di questa soluzione è comunque di escludere una parte del pannello in ombra che si comporterebbe com un carico resistivo, pronto a dissipare parte della corrente prodotta dalla parte del pannello colpita da Sole.

Ombra su tutto il pannello mentre gli altri sono al Sole?

Se si ha un solo pannello totalmente in ombra, mentre tutti gli altri sono ancora al Sole, ancora una volta questo pannello sarà un carico resistivo e andrà a “succhiare ” la corrente prodotta dagli altri pannelli.

Cosa fare quindi?

Inseriamo in parallelo ad ogni pannello un ulteriore diodo di bypass, di modo che se il pannello fosse in ombra, esso sarà “disattivato” tramite il diodo di bypass e non creerà problemi agli altri pannelli.

Qui sotto ho creato un semplice schema di come prevenire l’effetto HotSpot insieme a quello dell’ombreggiamento integrale sul pannello fotovoltaico mediante l’ausilio dei diodi di bypass.

schema diodi bypass contro hotspot fotovoltaico

schema diodi bypass contro hotspot fotovoltaico

Collegamento Pannelli Fotovoltaici con Diversa Potenza

-> parallelo di  pannelli differenti

Se hai in casa alcuni pannelli fotovoltaici di STESSA TENSIONE ma di DIVERSA POTENZA, non avrai alcun problema a collegarli in parallelo. Collegando questi pannelli fotovoltaici avrai in uscita la stessa tensione di un singolo pannello e come corrente la somme delle correnti erogate da ogni pannello.

Se invece i pannelli fotovoltaici sono di TENSIONE DIVERSA, allora NON potrai effettuare  il collegamento in parallelo!

Il perché è sempre dato dal fatto che il pannello a tensione più bassa si comporta come un carico resistivo e pertanto andrà ad assorbire corrente, togliendola dagli altri pannelli.

Quindi ricorda:

Ogni volta che stai per collegare in parallelo più pannelli fotovoltaici:

controlla ogni pannello abbia UGUALE tensione

-> serie di pannelli differenti

Il collegamento in serie di più pannelli fotovoltaici aventi ognuno una potenza diversa può avvenire SOLO se la CORRENTE É UGUALE in ogni pannello.

Fonte: mpptsolar.com

lampada da giardino ad energia solare fai da te

Pochissimi componenti elettronici che saranno comunque in grado di alimentare uno o più led di potenza, anche con una sola pila ricaricabile da 1,2V.
La funzione di gestione ovviamente della carica e della rivelazione luminosa esterna, che servirà per l’accendimento e lo spegnimento automatica della stessa lampada, sono affidato ad un piccolo integrato prodotto dalla ditta PREMA SEMICONDUCTOR (PR4403).
datasheet dell’integrato

Vediamo insieme lo schema elettrico suggerito per la vostra lampada ad energia solare

Il pannellino fotovoltaico è usato per produrre sia energia, sia per rilevare la quantità di luce già presente nell’ambiente esterno. Questo accorgimento permette di rendere non necessaria la fotoresistenza. L’integrato per pilotare il Led impiegato avrà una tensione d’alimentazione tra 0,9V e 1,9V. L’induttanza esterna (L1 dell’immagine) stabilirà la corrente che andrà al led e come vedete dall’immagine che alleghiamo non sarà necessaria la fotoresistenza, perchè il pannelli fotovoltaico stesso farà le veci di sensore di luce tramite la resistenza RLS con la quale si potrà anche modificare la soglia di luce sotto la quale vorrete che il Led si accenda. L’integrato PR4402 avrà al suo interno un convertitore switching step-up che permetterà di ottenere in uscita tensione maggiore rispetto a quella d’ingresso presente della pila ricaricabile, inoltre vi fornirà protezione dalla autoscarica della pila stessa che sarà staccata non appena la pila presenterà una tensione inferiore a 80mV.

Visto la tensione di alimentazione con cui lavora l’integrato è consigliabile una pila da 1,2V con una capacità ricaricabile pari o superiore a 2000mAh. Questo assicurerà una maggiore quantità di energia accumulabile e un incremento di durata di utilizzo notturno. La tensione del pannellino solare deve essere di 2,4V e la corrente prodotto non superiore a 200mA. Il diodo che collegherete in serie al pannellimo è bene che abbia una tensione di soglia molto bassa cosi che le perdite di energia siano ridotte al minimo.

lampada da giardino

Schema elettrico per costruire una lampada da giardino ad energia solare.

Calcolare correttamente la resistenza, l’induttanza, scegliere il Led e la pila adeguata

Come calcolare la resistenza RLS. La resistenza variabile RLS, che stabilisce il livello di luce esterno che desideriamo per l’accensione automatica del led, ha normalmente un valore intorno a 1,2M?. Per calcolare esattamente il valore della resistenza RLS in funzione del valore di soglia Von che vogliamo, possiamo affidarci alla seguente formula, presa dal datasheet dell’integrato:

RLS= ((Von * R2) / Vref) ? (R1 + R2)

R1, R2 e Vref sono già noti e sono rispettivamente R1= 30k?, R2= 400k? e Vref = 200mV

Come scegliere l’induttanza L1. L’induttanza deve essere scelta in base alla corrente che desideriamo fornire al LED della lampada. Nella figura sotto, sono riportati i valori dell’induttanza in funzione della corrente che vogliamo in uscita. Usare induttanze di valore più basso di quello corretto può causare un comportamento difettoso del circuito. Le induttanze usate negli alimentatori switching sono altamente raccomandate.

Come scegliere il LED di potenza. La durata di vita di un LED può essere ridotta se il LED viene sottoposto a condizioni di funzionamento che non rientrano in quelle specificate del produttore. E’ quindi importante controllare sempre la scheda tecnica del LED che vogliamo usare per la nostra lampada ad energia solare e controllare soprattutto la massima corrente a cui può essere sottoposto. Se vogliamo avere maggiore luminosità ed il LED da solo non è in grado di sopportare una certa corrente, è possibile collegare in parallelo due o più LED. In questo modo la corrente viene divisa su più LED.

lampada da giardino

Schemi di resistenza ed induttanza per costruire una lampada ad energia solare fai da te.

La pila ricaricabile. La tensione d’ingresso può essere al massimo di 1,9V. E’ raccomandato l’uso di pile ricaricabili NiCd o, ancora meglio, di pile ricaricabili NiMh (tipo AA o AAA). Le batterie al litio non sono consigliate a causa della loro maggiore tensione. La pila è bene che sia collegata all’integrato PR4403 con collegamenti più corti possibili in modo da ottenere basse cadute di tensione lungo la linea. La caduta di tensione tra pila e integrato incide sulla corrente del LED e quindi sul funzionamento e sull’efficienza della nostra lampada solare da giardino. Nei casi in cui il collegamento corto non sia possibile, è bene inserire un condensatore tra l’alimentazione Vcc e la massa Gnd. Normalmente un valore di 100nF è sufficiente.