Impianto Fotovoltaico sulla Macchina

FTV SOLAR CAR – Installiamo un Impianto Fotovoltaico sulla Nostra Macchina

Visto che dovevo fare un lungo viaggio da Roma a Gibilterra On The Road completamente fatto in macchina, in due settimane, decisi di installare sul tetto della macchina un impianto fotovoltaico che mi alimentasse in piena autonomia il mio super frigorifero portatile. Il sistema che vi propongo è stato testato la prima volta proprio le due settimane di viaggio, il risultato è stato ottimo, i pannelli fotovoltaici si sono comportati bene, la centralina anche. Vi fornirò tutte le caratteristiche per costruirlo anche voi.

Questo progetto può essere usato anche in casa o in campeggio, o in qualsiasi altra parte voi vogliate.

Perché questa necessità?

Perché volevo che il frigorifero fosse autonomo e che non dipendesse dalla batteria della macchina, volevo che il frigorifero rimanesse acceso anche a macchina spenta e non rischiare di scaricare la batteria della macchina, quindi volevo la botte piena e la moglie ubriaca!

Per la creazione del progetto sono partito dal frigorifero, in quanto già in mio possesso, mi ha seguito in vari viaggi e perché no portarlo anche adesso?! Quindi ho configurato tutto il circuito in base alle caratteristiche del frigo. Il frigo come da fotofrigo1

è un frigo a pozzetto, sembra piccolo ma è molto capiente, dovrebbe essere di circa 25L (non c’è scritto) dentro entrano 4 bottiglie grandi dritte, per le bottiglie più lunghe ci sono degli incavi sul coperchio.




Il frigo è a cella di peltier, quindi completamente elettrico con cosfi 1, non utilizza nessun motore ne gas. Tutta l’elettronica si trova sopra al coperchio. Può utilizzare sia la tensione diretta della macchina 12V che la 220V di casa in quanto ha integrato un alimentatore.

frigo2

Il frigo ha le seguenti caratteristiche

Tensione di lavoro: 12V
Assorbimento potenza 37W (a 12V)
Tensione da rete elettrica 220-240V – 50Hz
Assorbimento potenza 36W (a 230V)

La cella di pelter è molto resistente e versatile può essere alimentata anche ad una tensione minore di 12V e questa funzionerà lo stesso ma avrà una potenza minore, d’altra parte potrà essere alimentata a 14V e avrà una potenza maggiore. Comunque consiglio l’utilizzo nominale si 12V – 13V

Questo frigorifero ha al suo interno un termostato che stacca la cella a 10°

frigo3

Scelta del pannello fotovoltaico

Per la scelta del pannello fotovoltaico ho optato per dei pannelli semi flessibili, si perché avevo già fatto delle prove con un pannello rigido installato sul porta pacchi della macchina, ma ho subito abbandonato il progetto in quanto, essendo un viaggio lungo, il vento e le vibrazioni non mi facevano stare tanto tranquillo, avevo paura che le vibrazioni staccassero via il pannello, e non volevo portarmi a presso anche il porta pacchi montato.

Abbandonato il progetto dei pannelli rigidi cerco una alternativa trovando quelli morbidi in modo di poterli installare in modo aerodinamico, che seguissero le linee del tetto della macchina leggermente curvo e bombato, cercando bene capitai su questi due pannelli di manifattura cinese e di dubbie certificazioni..

pannelloFTV

Li ho provati e devo dire che sono stati ottimi, hanno rispettato appieno i dati di targa.
Le celle sono inglobate nella plastica trasparente, credo che sia PVC, e possono essere piegate, certo non a 90 gradi ma il poco quanto basta. Altra cosa importante è la posizione della scatola di giunzione che è sopra e non sotto. Alle estremità ci sono dei fori dove poterci mettere dei cavi per il fissaggio.

Io ho optato per la scelta di due pannelli FTV da 50W luno mettendoli in parallelo (ne potevo prendere anche 1 da 100W risparmiando, ma stavo sperimentando e non conoscevo il funzionamento della centralina e dell’effettivo funzionamento dei pannelli) .

I pannelli che ho scelto hanno le seguenti caratteristiche:
Potenza massima 50W
Tensione massima in carico 18V
Corrente massima 2,7A
Tensione a vuoto 20V
Corrente di corto circuito 2,95A

pannelloFTV targa
I pannelli mi sono costati 200€, ho speso di più perché quelli piccoli costavano di più rispetto a quelli grandi essendo più venduti. Se volete costruire lo stesso impianto io vi consiglio di prendere un solo pannello da 100W con 100€ circa.

Questo è quello che ho comperato io da 50W http://amzn.to/2kaLE2J

 

Un altra accorgimento che dovevo tener conto era della tensione di lavoro di 12V, questo perché avere una tensione più elevata non sarebbe stata compatibile con la centralina e la batteria. Questa centralina lavora anche a 24V. In pratica è la batteria che regola tutto il funzionamento del circuito.

Quindi se il circuito e le batterie sono da 12V useremo dei pannelli da 20V massimi (18V effettivi)
Se invece vogliamo usare il circuito a 24V useremo del pannelli da 40V massimi (18+18=36V effettivi)

Io avendo due pannelli da 50W 20V posso creare tutte e due le situazioni, sia a 12 che a 24V.

Non è facile scegliere tutti i componenti per una perfetta configurazione, seguendo questa guida non avrete problemi.

Perché ho scelto 100W se me ne servono 37?

Perché è risaputo che i pannelli fotovoltaici producono la loro massima potenza quando sono perpendicolari al sole, basta che si riduce il suo angolo di incidenza che la produzione del pannello scende drasticamente. Quindi per avere una potenza decente nelle prime ore del mattino bisogna installare una potenza superiore a quella in uso.

Quanta potenza posso installare sul tetto della macchina?

La mia macchina potrebbe supportare benissimo 200-300W vista la dimensione del tetto, sfruttando bene tutti gli spazi si potrebbe applicare una buona potenza anche per le macchine elettriche.

Scelta della Centralina

La centralina che i venditori di pannelli mi proponeva è questa una KT1220 12/24V con gestione massima potenza 20A.

Io ho comperato questa centralina http://amzn.to/2lywwsY

La centralina è molto semplice e carina, ha pochissimi componenti al suo interno. I venditori vendono anche le centraline da 10A ma io ho scelto quella da 20A perché per esperienza so che l’elettronica è bene sovradimensionarla se non vogliamo avere surriscaldamenti sgraditi. Dovendola mettere in macchina doveva scaldare il meno possibile per evitare prese a fuoco della moquet. Ha tutta una serie di configurazioni interessanti che vengono scelte tramite l’unico tasto presente. La centralina è stata progettata per l’accensione crepuscolare delle luci, quando la centralina sente che va via la luce solare attiva l’uscita, anche con ritardi. Io ho impostato il suo funzionamento in modalità uscita sempre attiva “C”. Sono presenti anche 3 led che ci indicano lo stato di tutto il sistema, pannelli solare in produzione, batterie in carica è scarica, uscita attiva o spenta.

centralinaFTV

Vi riporto l’introvabile manuale di queste ottime centraline.




manuale
Le Batterie tampone

La centralina deve funzionare per forza con delle batterie tampone, io ho utilizzato due batterie recuperate dall’UPS del PC e in più la batteria del mio scooter mettendole tutte in parallelo. Le batterie sono al piombo 12V 10Ah. Questa foto ritrae una fase importante, la fase di distacco della centralina a batteria scarica (11,2V) per preservare la batteria da una scarica profonda. Si perché le batterie al piombo non vanno mai scaricate in modo profondo perché all’interno si creano i cristalli che rompono la batteria. Una volta che la tensione delle batterie torna a 13V (quindi batteria carica) la centralina riattiva il carico in uscita.

Io ho comperato queste batterie http://amzn.to/2lmRRFY

batterie

Calcolo della sezione dei cavi

Un’ultima cosa molto importante che dobbiamo fare è il calcolo della corrente elettrica per la scelta della sezione dei cavi.

La corrente che passa nel cavo del frigorifero:
Sapendo che il frigorifero a 12V ha un assorbimento costante di 37W ci possiamo calcolare in modo grossolano la corrente che assorbirà 37/12=3A quesa è la corrente che passa nel cav

La corrente che passa nei cavi dei pannelli fotovoltaici
Prendiamo i dati dal pannello di targa che dice IPMAX 2.7A essendo due siamo a 5.4Ah teorici di targa. Io li ho provati, ed in condizioni ottimali sono arrivato a 2,9A massima corrente di corto circuito (ISC) quindi alla centralina di controllo arriverà una corrente massima di circa 6A

Per trovare la giusta sezione basta cercare su google per trovare un’infinità di normative, formule e siti che ti spiegano come calcolare la sezione dei cavi in corrente continua. Sapendo che i cavi si troveranno in una situazione di stress ambientale (sotto al sole) e si scalderanno già di loro, alla fine dovevo scegliere tra 2,5 e 4,  alla fine ho optato per il 4mm.

Il Funzionamento

Ora cercherò di spiegare il funzionamento della centralina e dell’intero sistema a fasi

Fase 1 di massima attività solare (ore 12)
In questa situazione abbiamo il sole perpendicolare ai pannelli FTV e sono alla massima produzione, circa 6A il frigorifero è in assorbimento e i restanti 3A vanno a caricare le batterie.

test centralina


Fase 2 di scarica serale, bassa attività solare (ore 18)
In questa situazione abbiamo il sole che sta per tramontare, i pannelli FTV hanno una scarsa insolazione e producono poco, in questa immagine vediamo che la tensione delle batterie si trova a 12,9V quindi sono cariche. La corrente di scarica è in negativo -0.98A significa che in questo momento il frigorifero (il carico) sta prelevando 0,98A dalle batterie e i restanti 2A li sta prendendo dai pannelli fotovoltaici, l’andamento è che sempre più i pannelli produrranno meno e sempre più le batterie supporteranno tutto il carico di 3A. Quando la tensione delle batterie scenderà sotto i 11,2V la centralina spegnerà il frigorifero e il led rosso si accenderà avvertendo la fine della batteria e il distacco del carico.




test centralinain scarica


Fase 3 di Carica e Scarica alla Mattina, bassa attività solare (ore 9)
Durante la notte le batterie si sono scaricate 11,2V, la mattina seguente abbiamo il sole debole che piano piano ricarica le batterie, la centralina mantiene staccato il carico fino a quando le batterie non si sono ricaricate 13V, non appena si riattiva il frigorifero si avrà la situazione analoga della fase 2 di scarica serale, una parte della corrente verrà data da entrambi fino a quando i pannelli non entreranno a pieno regime che ricaricheranno anche le batterie.

test centralinain carica mattina


Montaggio Pannelli sul tetto Auto

Ok finalmente possiamo installare i pannelli sul tetto della macchina, essendo un prototipo non mi sono messo a fare una cosa pulita, ma semplicemente sono stati attaccati alla macchina con lo scotch. Il tettino della mia macchina non originale bianco ma è stato rivestito con una pellicola per auto, quindi non corro nessun pericolo di rovinare la vernice della carrozzeria (presto farò un video su come installare queste pellicole). Dopo due settimane di uso ho rimosso i pannelli FTV e la colla dello scotch è rimasta sopra al tettino. Serve molto sapone per rimuoverla.

pannelli installati

I cavi originali da 2,5mm li ho tagliati e fatti a misura, con due morsetti li ho messi in parallelo e collegato il cavo grigio da 4mm che ho compera, li ho fatti passare dentro alla canalina dello scolo acqua, scendendo fino alle luci, stop, frecce ed entrando dentro alla macchina.

smontaggiosmontaggio auto interno

fino ad arrivare a sotto il io sedile dove ho installato la centralina, batterie e frigorifero.

Schema Elettrico

Questo è lo schema elettrico di tutto l’impianto, lo fatto più semplice possibile in modo tale possa essere compreso anche dai meno esperti. Comunque di per se il sistema è molto semplice. In aggiunta al sistema è stata aggiunta la macchina, si avevo detto che non volevo usare la macchina per paura che mi scaricasse la batteria dell’auto, è stata messa in modo che funzioni solamente quando è necessaria (la mattina, sera o notte, quando la batteria è scarica)

schema elettrico FTV CAR SOLAR

La parte della macchina è stata aggiunta per aumentare l’efficienza del sistema.

Il Diodo

Per separare i circuiti FTV e AUTO è stato messo un diodo in modo tale tenga elettricamente separati i due circuiti solo nel caso di batteria scarica e macchina spenta, abbassi la tensione di 0,7V e quindi la corrente proveniente dalla macchina. Il collegamento sull’auto è stato fatto tramite un accendi sigari, ho smontato l’accendi sigari e mi sono collegato con due cavi da 2,5mm. Il diodo che ho usato è stato un ponte a diodi da 8A il kbu8  la scelta è stata fatta in quanto il ponte può essere installato con un dissipatore e risulta essere più resistente ai picchi di corrente.
diodo

Ventola e accessori.

Proprio per fare i pignoli ho inserito un interruttore, un fusibile da 10A e una ventola che raffreddasse il ponte a diodi se mai dovesse scaldare troppo, serve maggiormente se vogliamo viaggiare di notte, quindi il consumo di corrente dato dalla macchina risulta essere molto alto e il diodo scalderebbe di più.

 

La ventola se la collegavo direttamente ai 12V della macchina sarebbe andata troppo veloce quindi ho messo una resistenza da 100hom in serie, ma dipende dalla ventola che avete, questa è una da 15cm ad alti giri, troppi, a me serviva una leggera brezza che rinfrescasse il tutto.

resistenza

Questo è il risultato finale, ho riciclato un vecchio alimentatore da PC, la ventola è la sua originale del box, è stato solo svuotato della circuteria interna, fatto un foro con il trapano e installato la centralina su di un fianco, la ventola rinfresca anche la centralina. Il tutto sembra essere perfetto, sembra un blocco unico.

box pc

dentro al box PC prossimamente ci installerò anche un alimentatore USB da 2A così quando la macchina è spenta abbiamo un USB pronto all’uso.

Le variabili d’uso sono molteplici, una volta creato questo impianto fotovoltaico con accumulo possiamo collegare qualsiasi cosa che vada a 12V senza l’uso della macchina. Ovviamente l’uso migliore è quello del campeggio in quanto puoi essere libero ed indipendente.

Prossimamente vorrei aggiungere anche delle ventole nella macchina, così da poter far circolare l’aria calda verso l’esterno e mantenere la macchina più fresca quando è sotto al sole estivo.

 

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