Dopo che tutti i test sul prototipo del sistema di inseguimento solare avevano dato esito positivo, nel 2009 decisi di rinnovare interamente il sistema di alimentazione elettrica della baita e di realizzare un impianto con caratteristiche professionali.
Grazie al finanziamento a fondo perduto del 70% elargito dalla provincia di Trento per gli impianti ad isola potevo contare su un budget abbastanza consistente per l'acquisto dei materiali in aggiunta alla possibilità di averne molti a prezzo di costo appoggiandomi a ditte con le quali avevo rapporti di collaborazione.
Come target di produzione mi ero prefissato di raggiungere 1kW al massimo dell'insolazione e di avere un autonomia di almeno 10gg senza insolazione; volevo inoltre poter collegare alla rete normali elettrodomestici in classe A++ come frigorifero, forno a microonde, aspirapolvere; desideravo anche poter utilizzare normali utensili elettrici, anche di elevata potenza, come demolitori, betoniere, spaccalegna etc.
Definiti i termini del progetto iniziai con la ricerca dei componenti necessari alla sua realizzazione.
Componenti Elettrici - Elettronici
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La scelta dei pannelli cadde sui TrinaSolar TSM-230DC05 da 230W di picco, 24Vcc nominali, decisi di usare questi perchè all'epoca presentavano un buon compromesso fra prestazioni e prezzo e sopratutto avevano un telaio robusto ed un vetro in grado di sopportare le difficili condizioni climatiche in cui erano chiamati ad operare. L'impianto è infatti installato a 1500m di quota ed esposto ad escursioni termiche molto ampie. |
| L'immagazzinamento della potenza prodotta dai pannelli FV è deputato ad un accumulatore al piombo, composto da 12 celle HAZE HZB2-1000 da 2V 1000Ah ciascuna, contenuto in un rack autocostruito usando pannelli in legno per edilizia opportunamente rinforzati, dotati di supporti per i singoli elementi che ne facilitano l'eventuale sostituzione. |  |
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Come regolatore di carica ho adottato uno Steca "Tarom 235" selezionato per l'ottima gestione del sistema di carica e protezione da sovra-scarica delle batterie. E' inoltre dotato di interfaccia seriale per l'acquisizione ed il log dei dati.
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L'ultimo componente della catena di alimentazione, accumulo e conversione dell'energia solare è un inverter, sempre della Steca, e precisamente il modello XPC 2200-24. Cito le caratteristiche pubblicizzate dalla ditta:
"Gli apparecchi della serie Steca XPC combinano un'elevatissima resistenza ai sovraccarichi alla capacità di azionare utenze anche molto critiche. L'ottima protezione dell'apparecchio e il ridotto autoconsumo sono altre importanti caratteristiche di questo inverter di prim'ordine. Gli Steca XPC riuniscono in un unico apparecchio un inverter sinusoidale, un caricabatterie a quattro livelli e un sistema di trasmissione e sono pertanto ideali anche per i sistemi ibridi. Il contatto ausiliario supplementare integrato permette, per esempio, di inserire e disinserire utenze per l'energia eccedente o di avviare un generatore diesel per ricaricare la batteria."
Ho preferito questo modello proprio per la possibilità di accensione di un gruppo elettrogeno (tramite centralina esterna) e la capacità di funzionamento sia come inverter che come caricabatteria. Inoltre può fornire una potenza elevata per brevi periodi come quella richiesta allo spunto da motori o pompe. |
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Componenti
Meccanici - Elettromeccanici
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Per sorreggere l'array rotante dei quattro pannelli FV ho riutilizzato un vecchio traliccio in ferro che avevo impiegato anni prima sul tetto dell'abitazione come supporto per il rotore d'antenne della mia stazione di radio-amatore.
Il traliccio è a sezione quadrata da 50x50cm di lato, annegato per oltre 1,5m in un plinto di cemento armato da 2m³ circa; sporge per oltre 4m dal terreno.
Prima della messa in opera è stato interamente sabbiato, zincato a caldo, trattato con fondo antiruggine ed alcune mani di vernice color "Testa di Moro" come richiesto dalle normative vigenti in provincia di TN.
Alla sommità del traliccio è posta una piastra in acciaio che supporta un cuscinetto a rulli conico ed un secondo cuscinetto a rulli entro cui ruota l'albero principale del sistema. |
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| Il telaio di supporto dei quattro pannelli e la testa del traliccio completa di cuscinetti sono stati realizzati dalla ditta Co.Me.C di Darzo. |  |
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La rotazione dei pannelli è garantita da un riduttore con rapporto 1:10000 realizzato con due gruppi a vite senza fine Varvel SRT04000G319 + SRT08500G635, mossi da un motore a 24Vcc realizzato su mie specifiche dalla DRIVE SYSTEMS di Milano.
Il sistema assorbe poco più di 1,2A a pieno carico e garantisce una rotazione costante e senza necessità di frenatura anche in presenza di vento a raffiche.
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| Il movimento verticale dei pannelli è ottenuto usando un attuatore lineare della Jaeger modello SuperJack, specifico per impianti FV. |  |
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| Particolare sistema rotazione |
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| Impianto meccanico completo |
Sistema Elettronico di Controllo
Ho realizzato la centralina di controllo del movimento dei pannelli FV usando una scheda Microchip HPC Explorer basata sul microprocessore PIC18F8722 con clock a 40MHz, è inoltre installato anche un sistema di controllo manuale che può funzionare in maniera autonoma ed indipendente da quello automatico.
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| Quadro di controllo con regolatore di carica e centraline per comando manuale ed automatico |
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| Particolare scheda comando motori |
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| Particolare modulo alimentazione con regolazione switching e lineare |
La scheda pilota in PWM un doppio driver per motori c.c. L6207, elabora i dati provenienti dal sensore di illuminazione, dai sensori di posizione, di temperatura, di vento; gestisce inoltre la comunicazione seriale con un PC utilizzato come supervisore e logger,
Come sensori di posizione, installati sulla testa del traliccio, ho usato per misurare l'inclinazione verticale un accelerometro a 3 assi MMA7260QT, per la rotazione un sensore magnetico contact-less AS5030 della AMS. I dati grezzi dei sensori vengono elaborati da una scheda a microprocessore realizzata con un Microchip 18F1620, posizionata anch'essa sulla sommità del traliccio; i dati vengono poi trasmessi alla centralina di controllo a mezzo bus RS485 optoisolato.
L'intero sistema di controllo è completamente autonomo ed ha funzioni di auto-reset in caso di scariche elettrostatiche, oltre che ha puntare i pannelli FV sempre sul punto di massima insolazione è in grado di disporli orizzontalmente in caso di illuminazione diffusa (cielo uniformemente coperto); dopo il tramonto, durante la notte ed ad un orario impostabile ruota i pannelli verso la posizione calcolata del sorgere del sole. In caso di forte vento e/o raffiche molto intense i pannelli vengono disposti in asse vento e verticalmente; cessata la perturbazione riprendono automaticamente la funzione di inseguimento solare.
I dati di illuminazione ed i principali parametri operativi vengono costantemente visualizzati su un display a LCD, con retroilluminazione escludibile, è inoltre possibile connettere un modem RF per inviarli real-time ad una stazione di controllo remota in grado di gestire anche più impianti contemporaneamente.
Il software di controllo per PC opera in ambiente Windows ed è stato da me sviluppato in Delphi 6.
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| Schermata del pannello di controllo PC |
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| Schermata di configurazione e visualizzazione sensori di posizione |
Tutto l'impianto è in funzione dal 2009 e non ha mai richiesto interventi di manutenzione e/o riparazioni. Prevedo di aggiornarlo a breve sostituendo la centralina di controllo con un'altra dotata di schermo grafico touch-screen utilizzante un processore ARM a 32 bit , sensore di neve per poter scaricare i pannelli in caso di eccessivo accumulo della stessa, trasmissione dei dati tramite collegamento Internet.
Aziende o privati interessati alla realizzazione di impianti simili possono contattarmi tramite il modulo del sito o direttamente via email:
Sono in grado di fornire, tramite aziende con cui collaboro, anche l'impianto chiavi in mano e su specifica del cliente.
Album fotografico impianto
