Tecnologia a bordo Il pannello L a barca è una divoratrice di energia: frigoriferi, pompe di sentina, strumentazione elettronica, luci interne ed esterne richiedono corrente elettrica. Energia che ci si deve portare dietro stivata dentro le batterie. Per ricaricare gli accumulatori, gli unici mezzi in dotazione a una barca sono l’alternatore del motore e il caricabatterie da collegare in banchina, ma questo rappresenta un grande limite che costringe o a entrare in porto o a fare molte ore di motore. Oggi però il diportista ha delle alternative per generare energia elettrica in autonomia senza ricorrere al motore principale. Si può scegliere tra diversi sistemi, dal generatore diesel, quello eolico, a trascinamento, per arrivare al pannello fotovoltaico. Tra tutti i sistemi senza dubbio il più economico, sicuro e piacevole da usare è il pannello fotovoltaico. Il pannello fotovoltaico non ha movimenti meccanici, quindi ha meno probabilità di rompersi di un generatore diesel, non è rumoroso, non pesa e tra tutti i sistemi disponibili ha il miglior rapporto costo–efficienza-durata. Si consideri che un pannello fotovoltaico, a terra, è garantito per 20/25 anni all’80% del rendimento, ovvero, si garantisce che dopo 20/25 il pannello ha ancora un rendimento minimo pari all’80% del rendimento a nuovo. fotovoltaico in barca Produrre energia elettrica per la barca senza inquinare, in assenza di rumore e a basso costo è una sfida che il fotovoltaico avanzato sta vincendo. In questo articolo una guida alla scelta del pannello giusto per la barca a vela di Maurizio Anzillotti Diversi tipi di celle La tecnologia del pannello fotovoltaico, per quanto sia ancora in rapida evoluzione, è ben conosciuta. I pannelli fotovoltaici che si trovano in commercio sono realizzati con celle fotovoltaiche di silicio. È il cristallo di silicio lavorato e purificato che è in grado di trasformare l’energia che riceve dal sole in energia elettrica, ma non tutte le celle fotovoltaiche hanno lo stesso rendimento. Le celle dei pannelli fotovoltaici possono essere divise in tre categorie che dipendono dal tipo di cristallo di silicio utilizzato per realizzarle e la sua disposizione sul pannello: a) silicio monocristallino – Il silicio monocristallino è un cristallo unico derivato da un primo taglio e fortemente purificato. 72 www.solovela.net www.solovela.net 73 e nel quale i cristalli si presentano aggregati e disposti con forme e orientamenti differenti. Oggi le tecniche utilizzate per la produzione di silicio policristallino sono così avanzate che consentono di avere prestazioni elettriche poco al di sotto del silicio monocristallino. Le celle in silicio policristallino hanno una purezza minore rispetto alle mono, condizione che comporta una minor efficienza, ossia il loro rendimento si aggira tra l’17 e il 18%. Si presentano di un colore blu intenso cangiante dovuto alla loro struttura policristallina. Hanno forma quadrata e spessore analogo al precedente tipo. I cristalli sono disposti in modo ordinato e la loro quantità è uniforme su tutta la superficie della cella. Il parametro più importante della cella è il suo rendimento “η” (o efficienza) che rappresenta il rapporto fra la massima potenza Pmax[Wp] che si ottiene dalla cella e la potenza totale della radiazione incidente sulla superficie frontale. Il livello del rendimento diminuisce all’aumentare della temperatura delle celle, poiché la temperatura ostacola il passaggio degli elettroni nel semiconduttore. Per efficienza di cella s’intende quindi il rapporto fra la sua potenza nominale e il prodotto dell’irraggiamento solare standard (1000 W/m2) per la superficie complessiva della cella. In alto due piccoli pannelli della Tregoo. Sopra una barca attrezzata con i vecchi pannelli rigidi con vetro e cornici di alluminio. Di lato uno dei tanti utilizzi che si possono fare di un pannello fotovoltaico. In questo cat, il pannello fornisce l’energia per accendere le luci di via. Di lato a sinistra, una cella monocristallina 74 c) silicio amorfo – Un materiale amorfo presenta una struttura chimica analoga a quella che si trova in un cristallo, con la differenza che il reticolo risulta del tutto disordinato. Il silicio amorfo è una forma allotropica (diverso aspetto ma stessa sostanza) non cristallina del silicio. La cella fotovoltaica in silicio amorfo è senz’altro quella più economica, ma anche quella con il minor rendimento e più soggetta a un degrado del rendimento nel tempo. La cella viene deposta su un substrato coperto da un ossido (SnO2) trasparente e conduttore che costituisce l’elettrodo frontale della cella, ossia quello che L’efficienza cella: ∏=Imp Vmp/Ps dove Ps è la potenza della luce solare Queste celle hanno un grado di elevata purezza del materiale e garantiscono le migliori prestazioni in termini di efficienza avendo il rendimento che può arrivare al 19% - 20%. Si presentano di colore blu scurissimo uniforme e hanno forma circolare o ottagonale, di dimensione dagli 8 ai 12 cm di diametro e 0.2 -0.3 mm di spessore. b) silicio policristallino – In alternativa al silicio monocristallino, l’industria del fotovoltaico usa anche il silicio policristallino che ha costi di produzione decisamente più bassi www.solovela.net La flessibilità La qualità di un pannello da istallare su di una barca è costituita da tre elementi: La qualità del supporto, che dev’essere molto flessibile e resistente, si deve poter flettere in tutte le direzioni per potersi adattare facilmente alla forma delle superfici della barca. La qualità della cella, che dev’essere composta da cristalli monocristallini molto purificati. Lo spessore; meno è spessa la cella, più è adattabile il pannello www.solovela.net Rilevamento consumi Nel comporre la scheda dei consumi dove si annotano tutte le utenze e il loro assorbimento, i dati vanno presi o sul libretto delle istruzioni o direttamente sull’etichetta del prodotto. I dati che si trovano sui depliant pubblicitari non sono affidabili riceve la radiazione solare incidente. Il primo strato amorfo è realizzato con una lega di silicio-carbonio drogata con boro, segue poi lo strato costituito da solo silicio amorfo che è responsabile della generazione di corrente. Il rendimento dei pannelli fotovoltaici in silicio amorfo va dal 6 al 10% circa, ma, nei primi due mesi di vita, il rendimento diminuisce di circa il 20% per poi rimanere stabile nel tempo. Diversi tipi di pannelli I primi pannelli che si sono visti montare sulle barche erano pannelli fotovoltaici per uso terrestre adattati; questi erano ingombranti, rigidi e poco efficienti. Nei cinquant’anni di storia del pannello fotovoltaico (la prima cella fu realizzata dalla Sharp nel 1963), il pannello si è molto evoluto e oggi ne esistono di molti tipi. Quello che interessa i velisti è un pannello che deve avere delle caratteristiche molto precise: peso, flessibilità, resistenza all’urto, efficienza. Per avere queste caratteristiche è fondamentale l’involucro che ospita le celle. I pannelli per uso terrestre sono realizzati con supporti rigidi chiusi in cornici di alluminio e sigillati con lastre di vetro. La svolta per il pannello fotovoltaico in barca si è avuta quando la Enecom, il leader mondiale in questo tipo di pannelli, ha creato il primo pannello flessibile. Il pannello della Enecom significa potersi adattare a diverse situazioni. L’eliminazione del vetro e delle cornici di alluminio liberò il pannello fotovoltaico dalla gabbia rigida che lo teneva a terra. Il passo successivo fu quello di rendere la cella fotovoltaica resistente agli urti e all’usura. Ancora oggi la società fiorentina commercializza i pannelli con il più elevato grado di elasticità presenti sul mercato mondiale. Sempre alla Enecom 75 Sfruttare la luce Come abbiamo visto esistono tre diversi tipi di cella fotovoltaica, quelle monocristalline, quelle policristalline e quelle amorfe. Le migliori in fatto di rendimento sono le monocristalline e sono anche quelle che si trovano sui pannelli di maggiore qualità e di maggior costo, ma non tutte le loro caratteristiche vanno a loro favore. La capacità di assorbire luce in condizioni diverse dall’irraggiamento perpendicolare diminuisce all’alzarsi della qualità del cristallo di silicio usato. Ciò significa che una cella monocristallina per funzionare deve ricevere la luce solare in modo perpendicolare, mentre una cella realizzata con materiale amorfo può fornire elettricità anche se la luce non la raggiunge perpendicolarmente; in effetti lo può fare anche se la luce è diffusa e non diretta. Per questa ragione i mini generatori solari degli apparecchi elettrici di largo consumo sono realizzati con questo tipo di cella. Tuttavia, si è visto che anche se la cella amorfa può sfruttare meglio la luce e utilizzarla per periodi più lunghi della giornata, alla fine la differenza di rendimento con la cella monocristallina è tale da far sì che quest’ultima produca molta più elettricità di quanto possa fare la cella di materiale amorfo. Pannelli a celle amorfe 76 In alto il moderno impianto della Enecom per la produzione di pannelli flessibili. Di lato un momento della lavorazione delle celle fotovoltaiche a opera di un robot. Nella lavorazione delle celle la pulizia ambientale è fondamentale va attribuito lo studio per ridurre lo spessore dei pannelli. I pannelli della Enecom sono, con i loro 1,7 millimetri, tra i più sottili sul mercato. Lo spessore molto contenuto del pannello, unito alla sua flessibilità e soprattutto alla loro calpestabilità, ne permette un vasto uso sulle imbarcazioni. Il prossimo passo prevede l’istallazione del pannello fotovoltaico al momento della costruzione della barca. Quale potenza Per decidere quali pannelli fotovoltaici acquistare è fondamentale sapere di quanta energia elettrica si ha bisogno a bordo. Determinare il fabbisogno elettrico di bordo non è un’operazione semplicissima. L’errore che spesso si compie è quello di sommare l’assorbimento delle utenze e assumere che l’energia che occorre è pari al risultato della somma dei diversi assorbimenti. Nella realtà non si usa mai il winch elettrico per issare la randa contemporaneamente al salpancore per dare fondo in rada, il compressore del frigorifero non rimane acceso ventiquattro ore e le luci di via si usano solo in navigazione. Uno dei diversi sistemi che si può usare è controllare quanto si scaricano le batterie in un giorno. Annotando il dato per una decina di giorni di crociera si può determinare il consumo medio giornaliero e regolarsi di conseguenza. Un altro sistema è usare la propria conoscenza della barca e del proprio modo di usarla. Lo skipper sa bene per www.solovela.net quanto tempo usa le luci di via in media, quanto il verricello elettrico del salpancore, conosce il frigorifero che ha a bordo e sa quante volte viene aperto durante il giorno, sa per quanto tempo usa l’autoclave. Sulla base di queste conoscenze può determinare quale è il tempo di uso medio di ogni utenza e, dividendo l’assorbimento in Ah di ogni utenza per il suo tempo di uso, ottiene il suo assorbimento medio per giorno. Una semplice somma aritmetica gli darà il fabbisogno giornaliero in termini energetici. Il conto non sarà mai preciso perché i fattori in gioco sono moltissimi: basta avere a bordo un ospite in più che apre il frigorifero, si fa la doccia e legge un libro la sera in cuccetta e i consumi varieranno anche in modo consistente, ma sicuramente un calcolo così fatto darà un’idea di quello che serve per tenere cariche le batterie. Se il fabbisogno complessivo è di 50 Ah, non servirà acquistare un pannello fotovoltaico in grado di darci questo tipo di energia (un pannello riesce a caricare le batterie per il 50% del suo valore nominale: un pannello da 100 watt fornirà 50 watt). Si potrà comprare un pannello in grado di fornire una carica da 6 Ah, il quale nell’arco di otto ore fornirà i 50 Ah (esattamente 48 Ah) necessari a ricaricare la batteria. In linea di massima possiamo dire che un pannello da 120/130 watt è l’ideale per la maggior parte delle imbarcazioni. Istallazione Istallare un pannello fotovoltaico flessibile è semplice. Sia la Enecom che li ha inventati, sia altre case produttrici come Solbian, Solopower, Gioco Solution, Power Film, suggeriscono diversi sistemi per fissare i pannelli a bordo. A) Si possono legare - quando si compra il pannello si chiede di avere delle brancarelle sul pannello di supporto, dei semplici occhielli in acciaio inox. Il pannello legato può essere posto fra i due paterazzi di poppa se si ha il paterazzo sdoppiato, o può essere legato alle draglie. B) Si possono fissare con il biadesivo - il pannello può anche essere fissato sulla coperta della barca, con del biadesivo. In questo caso, però, bisogna tenere conto che Pannello Enecom In queste due fotografie dei pannelli fotovoltaici della Tregoo montati su di un bimini top I produttori italiani e i loro partner Le aziende che producono pannelli fotovoltaici flessibili non sono molte nel mondo e sono concentrate negli Stati Uniti, Canada, Cina e Italia. L’Italia è il leader del settore per quello che concerne i pannelli flessibili (Enecom è il primo produttore mondiale) e detiene molti brevetti connessi con la tecnologia delle celle e dei supporti. Nella ricerca connessa alla tecnologia delle energie rinnovabili, fotovoltaico e non, le università e i centri di ricerca svolgono un ruolo essenziale. Assicurarsi la collaborazione delle migliori università e centri di ricerca, per una società produttrice di elementi per le energie rinnovabili, è essenziale. In Italia le maggiori società del settore sono: Enecom – La società che ha creato il pannello flessibile e la sua tecnologia che collabora con i seguenti istituti: CREAR – Centro Interdipartimentale di Ricerca per le Energie Alternative e Rinnovabili dell’Univ. di Firenze CRIACIV – Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Vento DESTeC – Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni – Università di Pisa Solbian – Conosciuta per essere partecipata dal navigatore Giovanni Soldini. La Solbian collabora con il: CNR – Consiglio Nazionale delle Ricerche Gioco Solution – che collabora con il: SUCAI (Sottosezione Universtià CAI Torino) Politecnico di Torino da 130 w www.solovela.net 77 Un momento della lavorazione delle celle fotovoltaiche Gli strati del pannello Un pannello fotovoltaico è composto da cinque strati o livelli. Partendo dal lato posteriore del pannello, il primo strato è detto back sheet ed è l’elemento di protezione che deve assicurare l’isolamento elettrico del “sandwich” sul quale si poseranno le celle fotovoltaiche; è realizzato con polimeri termoplastici (policarbonato) flessibili. La Enecom ha studiato un suo polimero in collaborazione con una grande azienda del settore con il quale realizza i suoi back sheet; è proprio questo che permette alla Enecom di vantare i pannelli più flessibili tra quelli presenti sul mercato. A seguire viene interposto uno strato di materiale “incapsulante”. Trattasi di tecno polimero poliuretanico in grado di sciogliersi al raggiungimento di una certa temperatura e inglobare perfettamente i due strati di materiale adiacenti. Il terzo strato è quello dove si trovano le celle fotovoltaiche, realizzate in forma di stringhe e composte da “n” celle saldate e interconnesse con ribbon (nastro di rame ricoperto di stagno e argento). Il suo spessore è di circa 200 micron, che corrisponde allo spessore di cella. Il quarto strato prevede ancora il foglio di materiale “incapsulante” che completerà l’inglobamento della parte frontale di pannello con le celle. Infine c’è il front sheet; anche questo è un polimero, ma questa volta si tratta di un polimero trasparente con caratteristiche di “trasmittanza energetica” elevata simili a quelle del vetro fotovoltaico (> 90%). Una volta accoppiati questi cinque strati si ottiene il pannello. Una cattiva qualità dei diversi materiali o una non corretta laminazione possono essere l’eventuale causa di malfunzionamenti potrebbero compromettere definitivamente l’efficienza del pannello. 78 per potervi camminare sopra, il pannello dev’essere a contatto con la coperta su tutta la sua superficie, pena la rottura delle celle e dei supporti. Per ottenere il contatto su tutta la superficie del pannello, è fondamentale che questo sia molto flessibile. Più è flessibile più si adatta alle forme della barca. Più è sottile, più è flessibile. C) Fissaggio a mezzo cerniera - il pannello può essere dotato di cerniere da chiudere sul bimini top. Tra tutti i sistemi di fissaggio, quello con biadesivo sulla coperta è senz’altro il più comodo, perché una volta messo il pannello non si deve togliere più. Se lo si lega ai paterazzi o alla draglia, in caso si alzasse il vento, bisognerà levarlo e, inoltre, essendo verticale il suo periodo d’irraggiamento durante la giornata sarebbe molto contenuto. I pannelli che si mettono e tolgono al bisogno rischiano maggiormente la rottura e sono ingombranti da stivare. Il regolatore Il regolatore è quello strumento che ha il compito di abbassare la tensione della corrente proveniente dal pannello fotovoltaico fino a 14,4 volt, che è la tensione corretta per ricaricare le batterie. Questi si basano su diverse tecnologie; quelle più usate sono PWM e MPPT. Il primo è un semplice riduttore di tensione, il secondo oltre a ridurre la tensione aumenta l’intensità della corrente, supplendo in questo modo ad alcuni problemi del pannello o migliorandone le prestazioni. Il regolatore non è mai prodotto dal produttore di pannelli fotovoltaici. La Enecom, che come abbiamo detto è il leader di questo settore, ha compiuto una serie di test per i quali appare evidente che la differenza di resa tra un pannello sul quale è montato un regolatore PWM e lo stesso pannello sul quale è montato un regolatore MPPT, è poco rilevante e non giustifica la differenza di prezzo (un MPPT costa circa cinque volte un regolatore basato su tecnologia PWM). Tuttavia, gli utenti sono liberi di utilizzare il regolatore che preferiscono; l’importante è tenere presente che la qualità del pannello non è data dal regolatore che monta. Tutti i pannelli possono montare entrambi i regolatori. La qualità del pannello è data dalla qualità delle celle al silicio, dalla flessibilità del supporto sui quali queste sono montate, dallo spessore e dalla capacità produttiva a monte del regolatore. www.solovela.net Dove va il fotovoltaico Il direttore generale di Enecom ci parla di quello che l’azienda fiorentino, leader di settore, sta studiando e progettando nel mondo del fotovoltaico C Alessandro Patrizi ome abbiamo detto la En-Ecom è la società leader nel settore dei pannelli fotovoltaici flessibili. Per capire a che punto è lo sviluppo di questa tecnologia abbaio intervistato il suo direttore generale il dottore Alessandro Patrizi. SVN – Voi siete riconosciuti come i primi produttori mondiali di pannelli fotovoltaici flessibili, come vi siete conquistati un mercato di questa importanza. A.P. – Siamo stati i primi a studiare le problematiche dei pannelli flessibili e lo abbiamo fatto potendo contare su partner di eccellenza, questo ci ha dato il vantaggio sulla concorrenza che ancora abbiamo. SVN – Il mercato del pannello fotovoltaico per le barche è ancora contenuto, lei crede che si espanderà in un futuro prossimo. A.P. – Si , ne sono certo, lo farà non appena i cantieri cominceranno a dotare le loro imbarcazioni di pannelli fotovoltaici. Uno scenario al quale ci stiamo preparando da tempo. www.solovela.net SVN – Perché un cantiere dovrebbe integrare un pannello fotovoltaico nella propria barca. A.P. – Perché se vuole continuare a mettere optional che richiedono energia e vuole che le sue barche siano sempre più comode, deve necessariamente affrontare il problema dell’indipendenza energetica e il pannello fotovoltaico è il mezzo più economico, più ecologico e più pratico per raggiungere questa indipendenza. Lei pensi a quanti velisti amano passare la notte in rada, ma non lo possono fare perché hanno bisogno di acqua e elettricità. Oggi con quantità di energia modesta si riescono a far funzionare degli apparecchi che sino a qualche anno fa avevano bisogno di molta energia, mi riferisco a desalinatori, frigoriferi e anche impianti di aria condizionata. Una quantità di energia che è facilmente producibile con il fotovoltaico. Per questo credo che il pannello fotovoltaico molto presto sarà presente nella lista degli accessori dei cantieri più importanti. Cosa che del resto già avviene in altri settori, i moduli Enecom sono infatti montati di serie da alcuni anni sui camper e sui caravan di alcuni costruttori leader di mercato. SVN – Lei, quindi, è convinto che il pannello fotovoltaico possa risolvere il problema energia a bordo. 79 A. P. – In parte già lo sta facendo, gli utenti che comprano e istallano un nostro pannello sulle loro barche, se scelgono bene la potenza del pannello e lo posizionano nella giusta posizione, lo risolvono, ma, non è il pannello da solo che risolve. Il pannello deve lavorare insieme a batterie più efficienti e utenze che consumano poco. Una barca indipendente dal punto di vista energetico, è a portata di mano, le tecnologie ci sono e non sono costose, il pubblico le chiede, serve solo di cominciare a montarle a bordo. Per rispondere a questa esigenza crescente di installazione di privati, abbiamo deciso, a livello di gruppo industriale, di vendere online tramite il brand Tregoo, proponendo kit completi di pannello solare, regolatore di carica e cavi marini. Quanto costano i pannelli Abbiamo fatto un confronto con i prezzi delle tre aziende italiane più conosciute nel settore dei pannelli fotovoltaici flessibili: En-eco (Tregoo); Solbian e Gioco Solution, tra le tre, solo la prima espone i prezzi dei propri prodotti nel sito della sua business unit commerciale, la Tregoo. Per non fornire prezzi non attendibili, prezzi di listino da scontare, abbiamo cercato i prodotti della Solbian e della Gioco Solution on line dove li abbiamo trovati scontati. Il problema non si pone per la En-eco perché, in questo caso, i prezzi sono fissi. Abbiamo messo a confronto i pannelli di potenze simili intorno ai 130 watt perché pensiamo che questa sia la potenza ideale per una barca media SVN – Lei prima ha detto che vi state preparando al momento in cui i cantieri inizieranno a mettere i pannelli fotovoltaici sui loro prodotti da tempo, cosa significa. A.P. - Significa che abbiamo studiato dei pannelli particolarmente sottili e particolarmente flessibili, proprio per poterli adattare alle esigenze di un cantiere che li vuole integrare sui propri prodotti. Siamo inoltre gli unici produttori che oltre ad una gamma standard offrono ai costruttori la possibilità di realizzare modelli “custom”, elemento fondamentale per una perfetta integrazione funzionale, tecnica ed estetica con l’imbarcazione. TL 130 - 130 watt Monocristalli 3 metri di cavo con connettori mc4 regolatore PWM (valore circa €15,00) € 599,00 METEO 1 2 3 4 5 5 lezioni per conoscere le basi della meteo SVN – In un futuro un po’ più lontano cosa vede. A.P. – Vedo il superamento del silicio per arrivare al biologico. Al momento stiamo studiando un avveniristica vernice che sfruttando il sistema di fotosintesi è in grado di creare energia. SVN – Una Vernice per fare cosa. A.P. - Trasformare una vela in una centrale elettrica, dipingere un palazzo, o anche tutta la barca. Domani qualsiasi superficie esposta al sole potrà produrre energia elettrica. CP 125 -128 watt Monocristalli 5 metri di cavo con connettori mc4 regolatore MPPT (valore €39,49) € 665,00 Le basi della meteo - un corso semplice e facile da seguire che vi porterà a comprendere i concetti fondamentali della meteorologia una collaborazione 18 settembre 1° uscita SVN – La Enecom Srl è una business unit di un gruppo tutto incentrato verso le energie rinnovabili. A.P. – Siamo parte di En-Eco SpA, gruppo specializzato nelle energie rinnovabili in tutte le loro eccezioni. Costruiamo dagli impianti a pale eoliche alle tegole fotovoltaiche per i tetti delle abitazioni, dal pannello fotovoltaico da mettere in barca, al carica iPad fotovoltaico da tenere in borsa. Il Made in Italy è la nostra forza. 80 GSC 150 - 150 watt Monocristalli 0 metri di cavo regolatore € 680,90 Gratuitamente, una volta al mese, con la newsletter di SOLOVELANET www.solovela.net www.solovela.net se vuoi ricevere “Le basi della meteo” clicca qui e iscriviti alla newsletter 81