Un argomento di grande interesse per i naviganti è quello dell’indipendenza energetica.
Essere autonomi significa poter rimanere in navigazione più a lungo, lontani dai rumorosi, costosi ed affollati porti estivi. Tale autonomia può essere raggiunta agendo su due fronti: i consumi e la produzione. A bordo si consuma energia per illuminare, per raffreddare e conservare i cibi, per alimentare gli strumenti di navigazione, il pilota automatico, l’elettronica di bordo. Grandi consumatori di elettricità sono il salpa ancore, l’autoclave, il dissalatore e il radar.
La produzione energetica della barca dipende da diverse possibili fonti: la più importante è certamente l’alternatore posto sul motore, che se potente e ben calibrato è in grado di fornire molta energia in tempi rapidi. I generatori autonomi a gasolio o benzina sono anch’essi potenti ed efficaci. Tuttavia queste fonti energetiche hanno il difetto di essere inquinanti, rumorose, di consumare carburante. Per questo, almeno ad integrazione, sono state sviluppate altre fonti energetiche, che non richiedono carburante e sono pertanto rinnovabili, più silenziose e meno inquinanti. In questa categoria ricadono i pannelli solari, i generatori eolici, i generatori a trascinamento. Ricordiamo anche le pile a combustibile.
Come vedete si tratta di un argomento di estrema complessità e pertanto lo affronteremo per capitoli.
Iniziamo oggi con i generatori fotovoltaici, che impiegano l’energia prodotta dal sole. Cercheremo di fornire informazioni semplici e comprensibili, ma tecnicamente corrette.
1. Come funziona un generatore fotovoltaico?
Sommario Articolo
La radiazione solare quando colpisce alcuni cristalli di materiali detti semiconduttori, causa modificazioni molecolari che possono essere trasformate in energia elettrica. Fra i materiali impiegati alcuni, come il cadmio. sono stati abbandonati per la tossicità. Quello attualmente più impiegato, per i bassi costi, è il silicio. Questo elemento, abbondantissimo in natura, viene trasformato in blocchi, dai quali, per taglio o fusione, si ricava il materiale base per produrre le celle.
2. Quali tipologie di pannelli fotovoltaici esistono per la nautica?
Possiamo identificare sostanzialmente tre tipi di pannelli, quelli monocristallini, quelli policristallini, quelli amorfi. Essi differiscono notevolmente per costo, resa energetica, caratteristiche.
In modo schematico possiamo dire che:
- i pannelli fotovoltaici monocristallini sono i più costosi ed hanno una alta resa energetica. Si riconoscono perché costituiti da numerose celle di silicio cristallino puro. Nonostante la loro efficacia, hanno alcune limitazioni: se una cella è in ombra, la resa energetica del pannello cala drasticamente, inoltre richiedono un orientamento accurato verso i raggi solari. Inoltre lavorano meno bene ad alte temperature. Questi pannelli hanno una resa che può andare dal 13 al 20%. Classicamente sono pannelli rigidi, su un supporto di lega e ricoperti da una lastra di cristallo, ma le celle possono anche essere fissate ed inglobate in un supporto di materiale plastico o di resina, semi-flessibile. La resa di questi semi-flessibili è ottima, ma il costo sensibile.
I pannelli fotovoltaici policristallini si presentano più disomogenei con cristalli orientati in diverse direzioni. Costano meno dei monocristallini ma la loro resa energetica è inferiore, intorno al 13%. In compenso soffrono meno le temperature elevate, l’esposizione parziale e le zone di ombra.- I pannelli fotovoltaici amorfi sono realizzati spruzzando silicio fuso su un supporto. Ciò li rende molto sottili, e poco costosi, ma la loro resa è decisamente più bassa degli altri. Producono energia anche se esposti ad illuminazione diffusa. Spesso questa tecnologia viene adoperata per produrre pannelli flessibili, arrotolabili o pieghevoli. Sono molto pratici per un uso volante, ma per fornire sufficiente energia devono avere necessariamente una superficie maggiore.
I pannelli fotovoltaici per uso nautico sono composti di sub-unità in numero tale da produrre una corrente elettrica che oscilla fra i 9 ed i 18 Volt, a seconda dell’insolazione. Naturalmente il fatto che la corrente oscilli rende necessario l’impiego di regolatori, che “tagliano” i picchi troppo alti di energia, potenzialmente dannosi per le batterie. Sono poi necessari dei diodi, che funzionano come valvole unidirezionali. In questo modo la corrente può fluire solamente dal pannello alle batterie e non viceversa. Infatti se non ci fossero, in mancanza di sole la corrente tornerebbe indietro dalla batteria, a più alto potenziale, scaricandola..
3. Ma quanta energia può fornire un pannello fotovoltaico?
A seconda della superficie e del numero di celle i pannelli vengono caratterizzati da un certo numero di Watt. Per conoscere la quantità di energia che può essere prodotta basta dividere i watt per 12, che sono i volts impiegati a bordo ( o più raramente per 24, negli impianti a 24 volts). Ad esempio un pannello da 60 Watt, potrebbe in teoria produrre 5 Ampere/h. Purtroppo questo è vero solo per una esposizione perfetta al sole all’azimut. Con l’aumento dell’angolo di incidenza che si verifica all’alba o al tramonto, o a latitudini più basse, la produzione cala molto. In modo schematico possiamo calcolare una produzione del 60% circa del teorico. Per tornare al nostro esempio, il pannello da 60 W produrrà in estate circa 3 Ah per 10 ore al giorno: potremo quindi contare su una trentina di Ah in entrata nelle nostre batterie.
4. Che pannello fotovoltaico dobbiamo acquistare per la barca?
Questo dipende dai nostri consumi energetici, dalla capacità delle batterie servizi che vogliamo ricaricare, dalla disponibilità di superfici o supporti cui fissarlo. Per cominciare sarà necessario fare un calcolo stimato dei consumi di bordo, che possono cambiare molto a seconda del tipo di lampade impiegate (led, neon o incandescenza), della elettronica in uso, della navigazione diurna o notturna, delle ore di lavoro del pilota automatico, del frigorifero, del radar, della radio, dello stereo, ecc
Ciò significa che se facciamo un uso saltuario della barca, diciamo ad esempio nel weekend, impiegando un frigorifero efficiente con regolazione elettronica per circa 6 ore (6 x 6= 36), il pilota per 3 ore (4,5 x 3= 13,5), la radio per 1 ora, la luce di fonda per 8 ore (2x 8 = 16), gli strumenti per 8 ore (2 x8= 16), possiamo stimare un consumo di circa 100 Ah. Un pannello fotovoltaico da 40 W ha una produzione teorica di 3,3 Ah, che si riduce a circa 2 Ah medi. In 10 ore 20 Ah entreranno nelle batterie. Quindi nei giorni da lunedì a venerdì avremo accumulato i 100 Ah necessari al weekend. Diverso il caso di un navigatore che impiega la barca tutti i giorni. Anche con attenzione ai consumi, per incamerare i 350 Ah necessari, sarà necessario un pannello fotovoltaico da 120 W. Se poi ci si dà ai consumi sfrenati, si impiega il radar molte ore al giorno, si fanno molti ancoraggi con il salpancore, senza l’ausilio del motore occorrerà una potenza doppia.
5. Quanto è grande un pannello fotovoltaico?
A seconda della efficienza energetica e del tipo di pannello può variare molto. Più o meno possiamo valutare una superficie di circa 1 dm” ogni 2 W. Quindi un pannello da 100 W potrebbe avere una superficie di circa 50 dm” (50 x 100 cm).
6. Dove e come sistemarlo in barca?
Qui la fantasia si può sbizzarrire. La soluzione più semplice, e cioè quella di fissarlo sulla tuga, lo espone al rischio di essere coperto dall’ombra del boma o dell’albero, oltre a essere d’impiccio quando si eseguono manovre all’albero. Una soluzione molto efficace ma piuttosto antiestetica è quella di fissare i pannelli fotovoltaici ad un roll bar posto sul pozzetto. In questo modo si possono installare anche grandi superfici fotovoltaiche, che fanno anche da tettino per il timoniere. Una soluzione puo essere quella di agganciarli alle draglie. In questo modo, con cimette o staffette, possono anche essere orientati verso il sole. Tuttavia questa posizione li espone, specie in porto, al rischio di urti e traumi, ed in navigazione a spruzzi ed onde. Molto impiegato anche un palo con un supporto snodato ed orientabile da fissare al pulpito.
Se flessibili possono essere fissati al bimini in modo stabile. Se amovibili possono, alla fonda, essere posizionati sul lazy bag.
7. Come si collegano alle batterie?
L’auto-scarica delle batterie si aggira sull’1% della capacità totale: quindi per un banco servizi da 200 Ah sarà necessario ricaricare 2 Ah al dì per evitare che si scarichinino progressivamente. Un pannello tampone, che serve solo a compensare tale autoscarica, può essere collegato direttamente ai poli della batteria, con un semplice diodo unidirezionale. Tutti i restanti pannelli fotovoltaici vanno collegati alle batterie mediante un regolatore. Questo è in grado di tagliare i picchi di tensione che si verificano in caso di forte esposizione e di bloccare la carica se la tensione delle batterie supera il livello massimo stabilito. I regolatori sono dimensionati a seconda della potenza dei pannelli collegati e la loro qualità è importante per avere una carica efficiente ed evitare danni alle nostre costose batterie.
Hai ancora dei dubbi? Usa lo spazio dei commenti per farmi una domanda! Oppure raccontaci come hai installato i pannelli fotovoltaici sulla tua barca!
