Un pannello solare fissato meccanicamente a un bimini o al tetto della cabina non costituisce ancora un sistema solare completo. La domanda come collegare i pannelli solari su un'imbarcazione inizia con la valutazione dei consumi, dello stato delle batterie e della ricarica esistente, e termina solo quando il sistema è correttamente configurato e testato sotto carico. Cavi con sezione errata, regolatori senza protezioni adeguate o connessioni scadenti in ambienti umidi possono ridurre la produzione, danneggiare l'attrezzatura o creare seri rischi elettrici.
Sull'Adriatico, l'energia solare può aumentare significativamente l'autonomia di una barca a vela, motore o catamarano. Tuttavia, il risultato non dipende solo dalla potenza nominale dei pannelli. Influiscono anche ombre da alberi e antenne, posizione dei pannelli, temperatura, chimica delle batterie, profilo di consumo e il modo in cui alternatore, caricatore da terra e generatore sono già collegati al sistema.
Stabilire prima cosa deve coprire il sistema solare
Il sistema solare va progettato in base al consumo giornaliero reale, non al numero desiderato di pannelli. Su imbarcazioni con consumi base possono essere frigorifero, illuminazione, pompe, caricabatterie per dispositivi e strumenti. Su imbarcazioni più grandi il consumo aumenta notevolmente con pilota automatico, radar, comunicazioni, inverter, congelatori, stabilizzazione, WC elettrici e sistemi di monitoraggio.
Il consumo si calcola in ampere-ora o watt-ora nell’arco di una giornata tipo in rada. Si deve differenziare tra crociera estiva, permanenza in marina, brevi navigazioni a motore frequenti e soggiorni plurigiornalieri senza collegamento a terra. Il solare può ridurre la necessità di far girare generatori o motori per la ricarica, ma raramente è l’unica fonte di energia su imbarcazioni con carichi alberghieri elevati.
È importante anche conoscere il tipo di batterie. Batterie al piombo-acido, AGM, gel, LiFePO4 e sodio-ioni hanno differenti requisiti di carica, soglie di tensione e tolleranze di corrente di carica. Il regolatore di carica deve essere compatibile con la chimica della batteria e, nei sistemi al litio, con il BMS e l’intera architettura di distribuzione energetica.
Come collegare i pannelli solari: architettura di base
In un sistema DC correttamente progettato, l’energia scorre in modo prevedibile: i pannelli solari producono corrente continua, il regolatore di carica adatta tensione e corrente al sistema batterie, e le batterie forniscono energia ai consumatori attraverso una distribuzione protetta. Tra questi elementi ci sono cavi con idonea sezione, fusibili, interruttori, barre collettrici e connessioni di qualità.
La disposizione più comune è pannello – protezione DC e possibilità di disconnessione – regolatore MPPT – fusibile verso batteria – barra collettore batteria. Il regolatore si installa generalmente il più vicino possibile alle batterie, rispettando le istruzioni del produttore e la ventilazione dello spazio. Ciò riduce le cadute di tensione sul lato caricatore e permette al regolatore di rilevare con precisione la tensione reale della batteria.
Il collegamento del regolatore alla batteria deve essere protetto da un fusibile che protegge il cavo e non solo il dispositivo. La protezione deve essere posta il più vicino possibile alla sorgente di energia, ovvero alla barra collettore batteria, secondo il progetto del sistema. Anche sul lato pannello è prevista la disconnessione per manutenzione e diagnosi, e in caso di più stringhe in parallelo possono essere necessari fusibili singoli per ogni stringa.
Non è sufficiente collegare i cavi positivo e negativo secondo il colore dell’isolamento. Su imbarcazioni più vecchie o dopo molte modifiche le indicazioni spesso non sono affidabili. Prima di qualsiasi intervento è necessario confermare con misurazioni la polarità, lo stato dei cavi esistenti, la caduta di tensione e l’esecuzione della massa o del ritorno.
Collegamento in serie o in parallelo dei pannelli
I pannelli possono essere collegati in serie, in parallelo o in modo combinato. Il collegamento in serie aumenta la tensione del gruppo mantenendo corrente approssimativamente uguale a quella di un solo pannello. Ciò può ridurre le perdite su cavi lunghi ed è compatibile con regolatori che supportano elevate tensioni in ingresso.
Il collegamento in parallelo mantiene tensione simile ma aumenta la corrente. È spesso pratico quando i pannelli sono esposti in modo diverso all’ombra, ma richiede sezioni dei conduttori maggiori e protezione adeguata per ogni stringa. In caso di ombreggiamento parziale il comportamento dipende anche dalla costruzione del pannello, dai diodi di bypass e dall’algoritmo del regolatore MPPT.
Non esiste una risposta universale a quale sia il collegamento migliore. Due pannelli identici sullo stesso tetto hanno condizioni diverse rispetto a pannelli flessibili distribuiti su un bimini, dove durante il giorno l’area è parzialmente coperta da vele, radar o tender. Perciò prima della scelta si verificano tensione di lavoro dei pannelli, tensione a circuito aperto a basse temperature, corrente massima consentita al regolatore e percorso reale dei cavi.
Perché il regolatore MPPT è la scelta più comune
Il regolatore MPPT segue il punto di massima potenza dei pannelli e converte la tensione di ingresso più alta in quella di carica richiesta dalle batterie. Sull’imbarcazione è spesso più adatto del regolatore PWM, specialmente con pannelli grandi, collegamenti in serie e condizioni di illuminazione variabili.
Tuttavia, MPPT non è automaticamente la soluzione giusta se scelto male. Il regolatore deve sopportare la tensione di circuito aperto massima dell’array solare con margine termico e la corrente di uscita prevista verso la batteria. Deve inoltre avere un profilo di carica adatto al banco batterie. Nei sistemi LiFePO4 si verifica il tipo di comunicazione o segnalazione con il BMS, in particolare se il BMS può limitare o interrompere la carica.
Se l’imbarcazione ha più fonti di carica, il regolatore solare non deve essere considerato isolatamente. Alternatore con regolatore esterno, caricabatterie da terra, generatore e caricabatterie DC-DC devono avere impostazioni di tensione armonizzate. Altrimenti una sorgente potrebbe caricarsi inutilmente, un’altra accendersi e spegnersi frequentemente e le batterie non funzionare nel modo previsto.
Cavi, connettori e protezione in ambiente marino
L’ambiente marino non perdona connessioni scadenti. Radiazioni UV, sale, vibrazioni, condensa e alte temperature accelerano l’invecchiamento dei componenti. I cavi per la rete solare devono essere idonei per uso esterno e resistere ai raggi UV, mentre i cavi all’interno devono rispettare norme di installazione nautiche, essere adeguatamente fissati, guidati e protetti dall’abrasione.
La sezione del cavo si determina in base alla corrente, lunghezza del percorso, caduta di tensione consentita e modalità di posa. Una sezione insufficiente non riduce solo la resa, ma provoca surriscaldamenti, aumenti di perdita e rende difficile la corretta carica delle batterie. Particolare attenzione richiedono i passaggi attraverso ponte, paratie e spazi tecnici. Devono essere stagni, con scarico meccanico e progettati per evitare infiltrazioni d’acqua nel vano.
I connettori devono essere compatibili, saldamente crimpati e accessibili per ispezione. L’uso di adattatori tra tipi diversi di connettori di qualità incerta aumenta i punti critici potenziali. Tutti i conduttori devono avere terminazioni, marcature e collegamenti ordinati alle barre collettrici. Questo semplifica diagnostica e manutenzione.
Il montaggio meccanico influisce sul risultato elettrico
Un pannello può essere collegato elettricamente in modo corretto ma fornire comunque poca energia per cattivo posizionamento. I pannelli rigidi montati su supporti generalmente hanno miglior raffreddamento e rendimento superiore rispetto a pannelli incollati su superfici riscaldate. I pannelli flessibili sono giustificati quando peso, superfici curve o passaggio sono determinanti, ma richiedono valutazioni realistiche di durata e temperatura del substrato.
Prima di forare ponte o tetto cabina si verifica struttura, percorso cavi, potenziali infiltrazioni e impatto su accessi di servizio. Su barche a vela si considerano movimenti di vele, scotte e struttura bimini. Su motoryacht si prevede l’ombra di radar, supporti tender e sovrastrutture. Ogni pannello che viene parzialmente ombreggiato deve essere considerato nel rendimento complessivo, non solo secondo la targhetta.
La messa in servizio non è una formalità
Dopo l’installazione è necessario effettuare misure e configurazioni. Si controllano polarità, tensione dei pannelli prima del collegamento, tensione batteria, fusibili, cadute di tensione, impostazioni del regolatore e comportamento del sistema in carica. Nei sistemi integrati di bordo è utile visualizzare resa solare e stato batterie sul sistema di monitoraggio per consentire all’equipaggio di rilevare tempestivamente anomalie.
Il controllo preventivo prevede verifica delle connessioni, tracce di corrosione, stato delle guaine pasacavi, pulizia dei pannelli e dati del regolatore. Se la produzione cala improvvisamente l’origine non è necessariamente un guasto del pannello. Cause frequenti sono ombreggiamento, connessione ossidata, fusibile, cavo danneggiato, configurazione errata o batteria che non accetta più la carica prevista.
Per l’armatore la cosa più importante è che il sistema solare sia una parte prevedibile dell’insieme energetico e non un’aggiunta separata installata senza verifica di compatibilità. UnLucky può effettuare verifica dello stato attuale, progettare il sistema, selezionare componenti adatti, realizzare installazione e integrazione e condurre la messa in servizio. Inviate una richiesta con dati sull’imbarcazione, batterie, fonti di carica esistenti e consumi previsti. Because Luck Has Nothing to Do With It.