Impianto solare di illuminazione 12v

è un impianto solare autocostruito principalmente con materiali di recupero che permettere di raccogliere e utilizzare energia, ma anche di comprendere quali siano i ragionamenti che stanno a monte nel funzionamento di questo sistema

I pannelli sul tetto

scelta politica

• nostra situazione

Il fablab si trova, come molti ben sanno, in uno spazio occupato autogestito l'LSOA Buridda che nelle sue varie fasi ha subito varie minacce di sgombero (e anche uno sgombero) e attacchi alla sua sopravvivenza. In particolare a marzo 2015 è avvenuto il distacco elettrico preannunciato dai vertici dell'università. Questo avvenimento ha ovviamente bloccato tutte le attività in corso, ma ha anche stimolato ricerca di soluzioni. L'impianto solare autocostruito è appunto nato in serie a questo avvenimento. Per i carichi grossi come le serate e altre utenze si è trovato un modo di stipulare un contratto con l'azienda elettrica nonostante le limitazioni sorte col piano casa di Renzi. Speriamo comunque di potenziare l'impianto solare e di muovere verso l'autoproduzione di energia.

• scelta attuale nel mondo

Viviamo in un perido storico dove si sente parlare molto spesso di riscaldamento globale e di danni che arrechiamo al nostro ecosistema e alla nostra biosfera. I danni provocati sono causati dal continuo aumento di gas serra derivati principalmente dalla combustione di idrocarburi che, purtroppo per noi, sono ancora la nostra principale fonte di energia. Visto che è difficile pensare ad un futuro prospero per la vita e per la nostra specie mantenendo questa situazione, una delle grandi sfide di questo secolo, come specie umana nel mondo, è quello di ridurre i consumi di energia provenienti da fossile, e muovere così verso fonti energetiche rinnovabili. Bisogna anche valutare che in alcuni casi l'utilizzo di energia "a cascata" attinta da compagnie elettriche e distributori di energia può non essere la scelta ottimale. Fare sperimentazioni a piccola scala anche su utilizzi energetici limitati e stand-alone può essere una reale alternativa per ridurre e settorializzare i consumi.

schema e funzionamento

schema generale e funzionamento

I pannelli solari fotovoltaici sono un dispositivo che permette la trasformazione di energia da radiazione elettromagnetica a energia elettrica, una forma di energia che siamo abituati a "imbrigliare", trasformare, immagazzinare ed utilizzare. Visto che la radiazione proveniente dal sole è più o meno uniformemente distribuita sul suolo terrestre questo sistema DIY propone un modo abbastanza a basso costo per raccogliere quell'enrgia che spesso non valutiamo come inutilizzabile. IL nostro impianto deve essere composto da le seguenti componenti: un sistema di raccolta (pannelli) un sistema di trasformazione (il regolatore di carica) un sistema di accumulo (le batterie) un impianto che utilizzi l'energia (le lampadine led)

montaggio del pannello orientazione e inclinazione

La struttura ad inclinazione regolabile autocostruita

I pannelli fotovoltaici trasformano l'energia da onda elettromagnetica nel visibile a energia sotto forma di corrente elettrica. Quand'è che una superfecie piana raccoglie la massima quantità di luce? beh quando è perfettamente perpendicolare alla direzione percorsa dalla luce. Partendo da questo principio ragioniamo come orientare i nostri pannelli. Ci troviamo nell'emisfero nord della terra percui il moto apparente del sole occupa sempre la semisfera celeste sud in modo piu evidente in inverno e meno evidente in estate. Dobbiamo perciò posizionare i pannelli orientati verso sud, ma a quale inclinazione? la inclinazione dipende dalla latitudine alla quale ci troviamo, se si usa lo stesso angolo si ottiene un po più resa in inverno, nel nostro caso è funzionale, visto che l'impianto fa illuminazione e le notti sono piu lunghe in inverno. Se ci interessa invece una resa maggiore in estate allora inclineremo il nostro pannello a 30°.Questi ragionamente sono fatti ovviamente pensando ad un orizzonte totalmente sgomebro, non è detto però che questo sia il caso ovunque, per questo l'orintazione e l'inclinazione vanno valutate di caso in caso tenendo conto dell'ombra prodotta da dalle costruzioni circostanti.

perche non un inverter

L'impianto è pensato per sopperire principalmente alla necessità di illuminazione di uno spazio abbastanza grosso. Grazie ai led, che hanno un ottima resa in termini di conversione energetica è possibile fare questo senza troppi consumi o troppa corrente da dover trasportare con cavi grossi. QUesto tipo di impianto aiuta a tagliare i consumi perche va a prendere il posto di quelle luci sempre accese magari nelle zone di passaggio che spesso si fanno 24/24 che alzano notevolmente i consumi. Non dovendo supportare carichi particolari o con ritmi strani si è reso poco utile il dispendioso acquisto di un inverter da impianto solare che avrebbe alzato notevolmente i costi. la scelta perciò è stata di mantenere un impianto distribuito su tutto il palazzo a 12V. Lo svantaggio della bassa tensione rispetto alla 220v è la necessità di piu grandi correnti per il trasporto della stessa quantità di potenza. Questo costringe a utilizzare cavi con sezioni piu grosse e quindi aumenta i costi (nulla a confronto di un inverter). Fortunatamente i led hanno un altissima efficienza e quindi non necessitano di molta potenza e quindi le sezioni dei cavi possono rimanere ragionevoli.

criteri sezione cavi e carico

La dorsale principale è fatta da cavi da 4 mmq che possono reggere un carico di una trentina di ampere, il carico totale assorbirà un massimo di una decina di ampere. le altre distribuzioni poi sono da 2,5mmq e da 1,5mmq

componenti

I componenti utilizzati in questo progetto seguono la linea guida di essere il più possibile a basso costo o addirittura di essere recuperati a costo zero. L'elenco di tutti i componenti viene arricchito dei criteri di scelta e del modo in cui recuperarli:

pannelli solari

non è così semplice recuperare i pannelli solari nel senso che sono dei componenti abbastanza complessi, nonostante tutto può capitare di trovarli di recupero o a prezzo ribassato direttamente da chi li produce. Il prezzo di un pannello da 250W di dimensioni 100x160cm può andare da 150€(se proprio va bene) a 250€. E' consigliabile essendo il componente più esposto al deterioramento che sia di discreta qualità. Le caratteristiche elettriche di un pannello del genere sono 35-40V a circuito aperto e 8.5A a circuito chiuso (per chi non ha chiaro questi valori cosa possono significare parliamone). E' inoltre possibile autoprodurre i pannelli comprando le celle e saldandole insieme, bisogna però tenere conto che le celle sono molto fragili e il lavoro è abbastanza certosino, chi non ha molta dimestichezza nelle saldature potrebbe trovarsi in difficoltà, inoltre come si diceva prima avere questo componente "stabile" può essere semplificativo. Nel nostro caso tramite contatti siamo riusciti a recuperare pannelli "fallati" cioè, in fabbrica dopo essere stati assemblati non passano il quality test, nel senso che non arrivano alla potenza di picco data da specifica e quindi non vengono venduti.

regolatore di carica

Il regolatore di carica è il "cervello" (anche se non troppo avanzato) dell'impianto. Si occupa di regolare la tensione da fornire alle batterie.(PWM o MPPT)l'uscita dei pannelli è infatti sulla trentina di volt e il regolatore la abbassa a circa 14v la tensione giusta per ricaricare le batterie da 12v. Si occupa anche di tenere in un range di corretto funzionamento le batterie, proteggendole dall'overcharge e dall'overdischarge, in pratica quando la tensione della batteria supera i 14v il regolatore smette di caricare le batterie e quando la tensione delle batterie scende sotto i 10.5V scollega i consumi ad esso attaccati. I regolatori funzionano generalmente sia per batterie a 12v che a 24v (consigliata la 12v spiegato in seguito), un'altra caratteristica da prendere in considerazione è l'amperaggio massimo, si trovano tendenzialmente da 10-20-30A. Questo valore è la corrente massima che il regolatore può sopportare, quindi l'uscita massima dal pannello deve essere inferiore a questa, si userà un regolatore da 10A per un pannello, da 20A per due e così via. [serie e parallelo] I costi di questo componente vanno da 15€ a 50 e passa €, il prezzo varia rispetto alle caratteristiche elettriche e al sistema col quale viene abbassata la tensione o regolato il carico [PWM e MPPT].

Batterie

Le batterie sono il nostro sistema di stoccaggio di energia, ci sono diversi tipi di batterie dalle piu o meno performanti e alle piu o meno costose. Parlerò tendenzialmente di batterie al piombo, si il pimbo suona come una cosa inquinante ma ad ora sono ancora le batterie più diffuse. Le batterie che nascono per questo tipo di utilizzo si chiamano deep cycle o anche batterie al gel(visto che l'elettrolita è sottoforma di gel), hanno la caratteristica di sopportare molti e profondi cicli di scarica e carica. Possono essere recuperati da batterie di servizio da barche, oppure da batterie per mezzi elettrici o similia; nuove si trovano sui 200€ per 100Ah. Se si vuole optare invece per la soluzione low cost si possono recuperare vecchie batterie da macchina dall'elettrauto, soprattutto se ne si ha uno amico. Le batterie da macchina a differenza delle deep cycle sono fatte per fornire una grossa corrente di spunto per tempi brevi (serve infatti per l'avviemento del motore). Quando una batteria della macchina viene cambiata potrebbe non essere totalmente morta, anche perche a noi non serve una grossa corrente di spunto, ma carichi piu bassi per tempi prolungati. Per testare se le batterie recuperate possono servire hai nostri scopi c'è un sistema molto semplice e "scoppiettante" per controllare, basta infatti metterle in corto (magari con un bel cavo di rame spesso) e vedere quanto è grande e forte la scintilla prodotta, è un metodo molto empirico, ma su un campione largo di batterie rende proprio l'idea del loro stato di salute relativo. Può anche aiutare avere con se un tester e misurare la differenza di potenziale tra i due elettrodi, le batterie che hanno un voltaggio sotto 9v sono difficilmente recuperabili anche ricaricandole (sempre parlando di batterie 12v nominali poiche le più diffuse).

Le batterie hanno 3 caratteristiche di lavoro: la prima è il voltaggio e si trovano tendenzialmente in circolazione da 12 v la seconda è la capacità si misura in Ah(ampereora) e sta a significare qual'è la corrente che possono erogare durante un'ora scaricandosi completamente, la terza è la corrente di spunto si misura in A ed è un parametro non troppo importante per i nostri scopi

Ora arriviamo a serie e parallelo: rispetto a come cabli le batterie tra di loro puoi cambiare le loro caratteristiche complessive, in serie le batterie sommano il proprio voltaggio mentre in parallelo la lo capacità. con le due differenti cablature si ottengono vantaggi differenti: mettendo le batterie in serie si alza il voltaggio e si riducono così a parità di potenza le perdite di energia lungo i cavi [P=RxI^2], ma la capacità del sistema equivale alla batteria con la capacità piu piccola, questo non ci aiuta soprattutto se si utilizzano batterie recuperate di capacità diverse. Con il cablaggio in parallelo invece si sommano le capacità e quindi aumentiamo il nostro stoccaggio ma avremo la tensione di 12 volt che ci costringe ad utilizzare sezioni di cavi molto grosse, questo non è un problema grave soprattutto se gli utilizzatori consumano poco come i led e non si deve trasportare l'energia per lunghe distanza

luci a led

LED sta per light emission diode, è un sistema molto efficente di emettere luce che sfrutta una caratteristica dei semiconduttori drogati, rispetto a sistemi di produzione di luce di anni fa è notevolmente piu efficiente. L'efficienza è indicata come il rapporto tra l'energia emessa sottoforma luminosa e l'energia dispersa come calore, la differenza tra una lampadina a incandescienza e un led è facilmente apprezzabile. Le carteristiche di alta efficienza permettono quindi carichi o consumi bassi per una grande resa, pensare lo stesso tipo di impianto ma ad incandescenza risulta complicato.

I LED hanno tre caratteristiche importanti -la tensione di lavoro che tendenzialmente è tra 10 e 30 volt e il nostro 12v ci casca a fagiolo -la potenza assorbita si misura in watt oltre ai consumi ci da indice di quale sia la quantità di luce emessa ci sono led validi per questo tipo di utilizzo che vanno da 1.5W a 5W -la temperatura della luce, si misura in kelvin (K), da un indice di quali siano le frequenze principalmente emesse dal led per esempio i led da 5000K producono una luce molto bianca e fredda, mentre i led da 3000K producono una luce

piu calda e accogliente(più consigliabile).

Schema crepuscolare

crepuscolare

l'interruttore crepuscolare è un componente che permette l'accensione e lo spegnimento delle luci rispetto alle condizioni di luce esterna, funziona in manienra indipendente dal regolatore di carica. E' pensato in maniera da tenere spento l'impianto durante il giorno, accenderlo all'imbrunire e rispegnerlo all'alba. Va messo in un posto che rispecchi le condizioni di illuminazione dello spazio. Può essere acquistato o autoprodotto come nel nostro caso... consta di pochi componenti:

-un transistor NPN

-due resistenze

-un potenziometro

-una fotoresistenza

-un relè

bilanciamento dei consumi

consigliabile questa applicazione per il calcolo della raccolta e dei consumi http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php inserendo i dati tipo posizione gografica, inclinazione del pannello, potenza di picco dell'impianto, capacità delle batterie e consumi giornalieri di energia permette di calcolare i margini di sicurezza nel quale avrai energia a disposizione nei vari mesi. dimensionando perciò l'impianto(in termini di potenza di picco di raccolta, di capacità delle batterie e di consumi) si riesce a fare una costruzione stabile anche nei mesi invernali dove i gironi sono corti e le notti lunghe. il nostro impianto non ha battuto ciglio questo inverno :)

ripetibilità e progetto open

questo progetto vuole esser il piu aperto e ripetibile possibile, vuole andare in una direzione di divulgazione e di diffusione di conoscenze che permettono la autonoma gestione della vita. una parte sempre piu importante nella nostra moderna quotidianità è l'energia elettrica. Quello che muove questo progetto è tanto la necessità di risolvere un problema quanto la curiosità di capire i processi che stanno dietro la gestione di energia, in modo da poter sperimentare in prima persona e imparare a quantificare l'energia e a diventare consapevoli del suo utilizzo.L'energia è un termine che attraversa costantemente ogni fenomeno su ogni scala, ma è difficile da osservare e da quantificare; avere idea di "quanto" è un terawatt o un microwatt ti permette di capire meglio il circostante e di effettuare scelte consapevoli che avranno volendo o no implicazioni a lungo termine. Delegando questa responsabilità ci si distacca e ci si dimentica quali implicazioni possono avere nostre semplici azioni in un sistema molto ampio. Siamo abituati a calcolare un mondo di materia e di energia quasi in maniera separata, questi due concetti invece così intimamente legati che non è possibile separali, ogni oggetto materiale ha un contenuto intrinseco di energia che ne descrive la sua "storia" e la sua condizione attuale, come anche l'energia non può essere pensata o anche solo trasportata senza materia, la benzina è materia ad alto contenuto energetico, l'elettricità, uno dei modi piu efficienti di trasportare energia,è effettivamente uno spostamento di elettroni cioè materia.

pistolozzo energetico :)

[viviamo in un mondo capitalista che prende in considerazione semplicemente la scelta piu conveniente, strappa via all'uomo la sua possibilià di agire secondo ragione senza permettergli di ragionare su scelte a lungo termine che poi risultano distruttive e fallimentari. L'uomo è snaturato poiche in una condizione dove la scelta della cosa piu conveniente risulta vincente su breve termine in realtà non lo è sul lungo; Chiunque sia la persona che ricopre un determinato ruolo a cui corrispondono determinate responsabilità prenderà comunque la scelta piu conveniente ma semplicemente collegata al periodo attuale. Se proprio non vogliamo prendere scelte politiche e preferiamo andare avanti con questo "pilota automatico" delle scelte almeno troviamo la serietà di inserire un termine che prenda in considerazione le condizioni della materia e l'energia dal punto di vista entropico in modo da darci una prospettiva un po' piu a lungo termine Capita che i sistemi umani non funzionino o che negli anni si trovino sistemi o modelli che funzionano o descrivono meglio un fenomeno; ad esempio quante volte nella storia dell'uomo sono cambiati i calendari o i sistemi di misurare il tempo perche i conti non tornavano, ci si rendeva conto che quel "modo" era sbagliato e allora si faceva qualcosa per cambiarlo. Il sistema col quale scambiamo le risorse in tutto il mondo è evidente che ha qualcosa che non va crea disparità e sbilanciamenti non solo in termini di ricchezza delle persone ma ache in termini di accumuli di materia ed energia. usiamo la storia e la scienza per capire che ci sono nuovi termini di ragionamento da inserire nei nostri sistemi]