Impianto solare per illuminazione giardino

Questa sarà una pagina lunghissima, spero di riuscire a scrivere in modo ordinato. Descriverò la recente realizzazione di un impianto per l'illuminazione di un giardino , le possibilità costruttive e del perchè abbia scelto una di queste possibilità.

L'unica cosa che so fare è mettervi di fronte al fatto compiuto, senza girarci intorno, vi darò in pasto direttamente gli schemi e li commentiamo passo passo.

Intanto ecco i dati di partenza:

• 20 lampade Led 12 Volts da 7 W di cui la metà illuminate per le 10 ore notturne, le restanti per 5 ore
• localizzazione in Provincia di Benevento 
• utilizzo intero anno.

Dal calcolo, ovviamente eseguito con previsione invernale, è scaturito:

• Fabbisogno giornaliero 1050W giorno
• Moduli fotovoltaici per circa 460Wp
• Batteria per un solo giorno di funzionamento 126 Ah a 12V oppure 63 Ah a 24V

Il cliente asserisce che gli son sufficienti  due giorni di riserva (quindi giorni di riserva + giorno di utilizzo = Ah batteria x 3giorni)

Impianto con con moduli  12V 

In commercio si reperiscono moduli 120Wp, ne occorrono quattro da porre in parallelo, otterremo un campo da 480Wp.

ogni modulo eroga una Imp di circa 6,5 A.

Alla massima insolazione, nel punto di giunzione, corrono ben  26Ampere.

questo implica un regolatore davvero "robusto"  Ampere Moduli + 20% = 26 x 1,2 = circa 30A.

Osservando lo schema, vedrete che ci sono componenti in più rispetto agli altri descrittivi delle pagine precedenti, poi vedremo cosa sono e la loro funzione.

Le linee L1 ed L2 vanno ad alimentare le lampade. Dal Generatore fotovoltaico alla prima lampada sono circa 16 metri.

La distanza da coprire con ciascuna linea lampade è circa 42 metri.

Su ogni linea grava un carico pari a 70W (10 lampade x 7W cadauno).

I carichi sono  piccoli ,  ma data la distanza , si presentano comunque delle difficoltà.

Ecco cosa accade all'interno del nostro cavo.

Dalla batteria alla prima lampada nel cavo scorrono ben 6A circa, abbiamo detto che questo primo tratto è lungo 16 metri, ed occorre porre già quì una caduta di tensione piccolissima, altrimenti all'ultima lampada arriva niente,

Torniamo alla pagina "calcolo sezione cavi"  (green-earth-avellino.blogspot.it/p/calcolo-sezione-c-avi-la-scelta-dei.html) . Ricordate la semplice formula ?

S = I x 0,02 x L / V

Vediamo cosa accade alla prima sezione cioè dal generatore all'inizio della linea lampada

6A x 0,02 x 32mt / 0,2V =  19 mmq 

Due linee da 19 mmq ????????? ........... IMPROPONIBILE ......... assolutamente improponibile !!!!!!

Come fai a far capire ad un cliente che occorrono due linee con cavo di spessore industriale???? penserebbe che lo fai per far lievitare il prezzo e guadagnare di più .

Ho rinunciato a questa tipologia a priori !!

Proviamo ad aumentare il voltaggio del generatore fotovoltaico  e "spostare" il punto di giunzione sulla linea delle lampade.

Impianto con con moduli  24V

Non ho fatto altro che utilizzare i classici moduli per impianti connessi in rete da 32V, 230W, Batterie in serie e non in parallelo.

Visto che la Vmp rientrava nei valori tabellari della combinazione moduli-batteria, ho optato per l'utilizzo di regolatori PWM (vedi la pagina http://green-earth-avellino.blogspot.it/p/blog-page_4.html ).
Ricordate che ho detto che le uscite "batteria" dei regolatori di carica possono essere posti in parallelo? (vedi la pagina http://green-earth-avellino.blogspot.it/p/blog-page_22.html ).

Ecco lo schema.

Quindi regolatori in parallelo, tutto a favore della diminuzione dei carichi ........ 

Ma adesso ???, le lampade sono a 12V ?????? .......... 

I componenti dc-dc , F8 , F9, e Tyme  sono stati alloggiati in una piccola scatola plastica ermetica per impianti elettrici,  e nascosta sotto una panchina in pietra che era lì e sembrava fortunatamente messa a mia disposizione.

Cosa accade in questa variante? ........ Il generatore è a 24V ,  quindi all'ingresso del componente dc-dc arrivano 24V , questo non è altro che un convertitore di tensione che trasforma la corrente continua 24V in 12V sempre dc. Oltremodo la tensione in uscita è regolabile in modo da "vincere" le cadute di tensione.

Ecco ora cosa è accaduto alla nostra linea.

Intanto ricordate che le linee lampade sono due....... per semplicità dopo il convertitore ne ho disegnata una sola ........ quindi all'ingresso del convertitore abbiamo 6 ampere.

Grazie al convertitore dc-dc posso imporre una caduta di tensione un pò più alta ho scelto 1V ....... La solita formula    S = I x 0,02 x L / V

Vediamo cosa accade alla prima sezione cioè dal generatore al convertitore dc-dc

6A x 0,02 x 68mt / 1V =  8,16 mmq ..........

Si, avete capito bene 8,16 mmq........ contro i 19 precedenti........ in commercio si reperiscono 10 mmq.

Ora tramite il trimmer di regolazione del convertitore aggiustate la tensione in uscita a 13V ...... avete appena 3 metri di linea caricata a 6A e due linee da 20 metri in cui scorrono 3A

I puristi storceranno il naso !!! ....... prevedere 1V di caduta di tensione è da matti  ....... Affatto !!!! ........ è più che accettabile per questo tipo di carichi, anche perchè c'è molto divario tra la tensione iniziale e quella finale.

Imponendo una caduta di tensione di 0,2 V  ai capi del cavo d'uscita del convertitore si ottiene una sezione di :

6A x 0,02 x 6mt / 0,2 = 3,6 mmq , in commercio 4 mmq

Imponiamo ora una caduta di tensione di 0,5 V (lo possiamo fare perchè all'uscita del convertitore dc dc abbiamo impostato una tensione di 13V) sulle due diramazione da circa 22 metri che adducono alle lampade:

3A x 0,02 x 45mt / 0,5 =  5,4 mmq, in commercio 6 mmq. ovviamente useremo lo stesso cavo anche all'uscita del convertitore (in luogo del 4 mmq), tutto a vantaggio del rendimento. 

Vedremo in seguito cosa sono tutti quei componenti F, D , Mdc , Tyme.

VARIANTE  ALL'USCITA LAMPADE

Il prelevare tensione direttamente dalle uscite lampade è ovviamente possibile solo se la corrente dei carichi rispetta la massima corrente d'uscita dei regolatori. 

Come fare a comandare lampade o altri utilizzatori se essi eccedono la corrente massima, senza correre il rischio di danneggiare i regolatori? 

semplice ! si inserisce un relè sufficientemente potente, robusto e di buona qualità, possibilmente con corpo per guida DIN .

L'uscita del regolatore eccita/diseccita la bobina del relè e, tramite i contatti, si preleva tensione direttamente dalla batteria, alimentando poi i componenti dell'impianto.

Ecco lo schema elettrico:

VANTAGGI  DEL GENERATORE A 24V

oltre ai benefici elettrici che abbiamo visto, le batterie sono collegate in serie. 
Abbiamo detto nella precedente pagina http://green-earth-avellino.blogspot.it/p/blog-page_5.html che è da preferirsi il collegamento serie rispetto  al parallelo.

Si ottengono inoltre vantaggi economici.

• I moduli da 72 celle. in proporzione, costano in meno rispetto ai moduli 12V
• cavi di minore sezione costano in meno
• occorrono tubazioni più piccole
• maggiore semplicità meccanica .... due soli moduli da montare.

VALUTAZIONE DELLE PERDITE DI SISTEMA 

Non è questo il caso, si tratta di un impianto relativamente piccolo, però è un bene che lo spieghi quì per semplicità ...... anche perchè risulta per me più semplice spiegarlo e lo applicherete alle Vostre esigenze.

Si presentano perdite ovunque, in ogni componente dell'impianto. a partire dai regolatori, alle batterie, ai convertitori._ Nelle pagine precedenti abbiamo parlato in sommi capi del rendimento di questi componenti e quelle percentuali rappresentano appunto delle perdite.

Ma ora quanta potenza abbiamo perso nei cavi?.

semplice:       V x A = W       dove:

• V è la caduta di tensione che noi abbiamo scelto nel tratto di cavo interessato
• A è la corrente che scorre in esso:

Ora vediamo nei vari tratti ...... vi occorre rileggere le righe precedenti:

• Dall'accumulatore al convertitore    caduta di tensione 1V , corrente 6A  = 6W
• Dal convertitore alla linea lampade  cauta  0,2 V , corrente 6A = 1,2 W
• Lungo le due diramazione lampade  n° 2 x 0,5 V , correnti 3A =  3W,

Complessivamente sono circa 10W

Precisiamo che le linee sono due identiche , una temporizzata altra no ...... per cui la perdita Totale che si presenta nel nostro impianto è pari a 20W circa.

Su un totale di 140W ,  20W è una perdita altissima.

immaginate che perdite avremmo avuto con un impianto di pari voltaggio al generatore.

Preciso che non è proprio così , le perdite reali sono inferiori per questi motivi:

• ci sono calcoli ben diversi a farsi, questo è un modo empirico;
• nelle approssimazioni delle correnti ci siamo tenuti sempre larghi;
• I cavi che si vanno ad utilizzare hanno sezione maggiore di ciò che scaturisce dai calcoli

Ma è meglio usare questo empirico sistema in quanto si va sul sicuro.