Come sfruttare l’energia solare in casa – Parte 1 (impianto base)

In questa serie di tutorial vedremo come sfruttare l’energia solare in casa, in modo semplice, economico e senza complicarci la vita con impianti costosi.
Procederemo per gradi, creado un impianto che si potrà ampliare secondo necessità. Ci interessa prima di tutto capire come questa tecnologia funzioni e come sfruttarla a nostro vantaggio. I progetti presentati avranno un costo molto basso, che potrà crescere gradualmente quando vorremo ampliarli e potenziarli. Successivemente (e solo allora) si potrà fare una valutazione di tipo economico, che sarà comunque da fare sul singolo caso.

Impianto solare di base (didattico)

Nella prima implementazione che vediamo qui cerchiamo di capire alcuni concetti di base. Alla fine della realizzazione saremo in grado di ricaricare qualche apparecchio a carica USB e far funzionare qualche luce a led quando è buio, gratis, con l’energia accumulata.

Il primo concetto che occorre chiarire (e che raramente ho trovato spiegato quando mi sono avvicinato a questo mondo) è che un pannello solare non serve praticamente a nulla senza una batteria. Questo perché la corrente che produce è estremamente variabile e instabile. In giro esistono gadget apprentemente forniti da un solo pannello (di solito piccolo) con una presa USB da cui caricare. Come si capirà più avanti, questi kit sono eccezioni, dall’impiego molto limitato, non modulari, non è di questi che stiamo parlando. Vogliamo poter creare un sistema modulare che costi poco ma su cui possiamo fare affidamento e che cresca secondo le nostre esigenze.

Materiale richiesto

Per iniziare ti serve:

• Un mini-kit pannello solare + centralina
• Una batteria 12V
• Un cacciavite piccolo
• Un paio di forbici

Facoltativi, ma possono risultare utili:

• Facoltativo: Un multimetro digitale
• Facoltativo: Cavo a 2 poli

Costi: Se riesci a rimediare una batteria d’auto usata senza comprarla e non avendo bisogno di cavo extra, per il kit pannello + centralina con cavi ti puoi aspettare di spendere 20 euro includendo la spedizione.

Il mini-kit pannello solare e centralina si può aquistare comodamente da Temu o da altri store online. In fondo alla pagina riporto alcuni link nel caso tu voglia acquistare il modello che ho acquistato io. Il pannello solare di cui nel tempo ho comprato svariati pezzi è inserito in una cornice rigida di alluminio e ha misure che sono circa 33 x 20 cm oppure 33 x 40 cm nel caso di un pannnello di dimensioni raddoppiate. Per iniziare va bene anche il 33 x 20, che puoi acquistare insieme alla centralina a circa 15 euro spediti. Il pannello ti arriverà solitamente con il suo cavo uscente dotato di pinze metalliche, la centralina (classico è il modello blu con le due prese USB che vedi nella foto a fianco), più un pezzo ulteriore di cavo che ci servirà.

Se acquisti con Temu e riesci a sfruttare qualche offerta puoi riuscire a includere nelle 20 euro previste per la spedizione gratuita anche multimetro e cavo che ti saranno utili più avanti.

La batteria non fa parte dei kit solare ed è necessaria (altra cosa che sugli store online non ti dicono chiaramente). Essa serve prima di tutto perché senza, la centralina o non funziona o si danneggia, ma molto di più è importante perché accumula l’energia che userai quando ti servirà veramente, ossia quando il sole non c’è. Io ho iniziato con una batteria da moto 5 Ampere che ho trovato su Amazon a 20 euro circa: quest’ultima è una batteria di poca potenza che serve giusto per iniziare, ma che accumula poca elettricità e si scarica in fretta. Se ne hai la possibilità, recupera una vecchia batteria da auto che non sia completamente esaurita, l’importante è che tenga ancora la carica e che arrivi a 12 Volt.

Multimetro digitale. Ti servirà per misurare la tensione (Volt) della corrente. Nei brico center si trova spesso un modello super economico (es. 4 euro) che va comunque benissimo per i nostri scopi.

Cavo a 2 poli. Può servire per mettere distanza tra il pannello e la centralina+batteria, che è meglio tenere all’ombra. Se metterai il pannello su una finestra sotto la quale puoi appoggiare batteria e centralina, di cavo extra per ora non te ne serve perché il kit già arriva con i suoi cavi che possono risultare sufficienti. Se vuoi aggiungere metri di cavo extra, per questi primi esperimenti puoi usare il normale e classico cavo per casse audio rosso e nero; facendo crescere l’impianto occorrerà usare cavo più spesso per evitare surriscaldamenti. Questo cavo si acquista anche in ferramenta o ai brico center per pochi spiccioli al metro. 

Dal punto di vista legale

Devo chiedere permessi? Rischio qualcosa? Chiariamo che in qusti tutorial non toccheremo in alcun modo l’impianto elettrico di casa. I prodotti di cui parliamo in questo tutorial sono considerati poco più di giocattoli a scopo didattico, non serve alcuna autorizzazione per appoggiare un pannello alla finestra o appenderlo al balcone.

Se (e quando) ti appresterai eventualmente a fare una installazione fissa allora dovrai chiedere l’aiuto di un elettricista e forse chiedere un permesso al condominio, ma questo esula dallo scopo di questo tutorial.

La realizzazione che è illustrata qui non presenta particolari rischi ma comunque la manipolazione di batterie 12V va fatta con tutte le precauzioni che sono indicate.

Terminologia: Ampere e Watt

Nel fare i primi acquisti noterai che vengono menzionate come unità di misura della potenza Ampere e Watt. Fissiamo intanto alcuni concetti che saranno utili strada facendo:

Ampere – misura della intensità della corrente. Una batteria per auto per esempio è tanto più potente quanti più Ampere eroga (Gli ampere vengono spesso indicati con l’abbreviazione Ah)

Watt – misura la potenza elettrica. Le lampadine di casa hanno indicazione di consumo / potenza in Watt.

All’inizio si ha difficoltà a correlare Watt e Ampere, che chiariamo subito, non sono affatto sinonimi. Tieni presente che le grandezze Watt Ampere e Volt (che misura la tensione) sono legate dalla equazione seguente:

Watt = Volt x Ampere

Quindi, per esempio, se trovi scritto che un pannello solare eroga al massimo 19 Volt a 10 W significa che, se vuoi sapere l’intensità massima della corrente che produrrà, in Ampere, basta gestire l’equazione di sopra:

10 Watt / 19 Volt = 0,52 Ampere

…che è una corrente (massima) molto bassa! Ecco perché il cavo collegato al pannello solare di cui sopra è così sottile.

Altro esempio: Se la mia batteria al massimo eroga 12 Volt a 5 Ampere, quanti watt al massimo può erogare?

12 Volt x 5 Ampere = 60 Watt

Il che fornisce un limite massimo (almeno teorico!) al picco di potenza che questo primo impianto potrà mai erogare.

Scegliere la posizione

Una delle prime cose da fare è scegliere dove posizionare il pannello solare.

Osserva attentamente le finestre che hai in casa, il loro orientamento e che giro fa il sole durante la giornata. Ti interessano le finestre che sono colpite dalla luce solare diretta. Va bene anche un angolo del balcone, se hai il camper o la roulotte sfrutterai il tetto.

Immaginando che il pannello solare venga posizionato lì, cerca poi di capire dove mettere centralina e batteria, che possono stare vicine tra loro.

Idealmente, siccome la centralina ha un comodo paio di prese USB da usare per ricaricare apparecchi vari, essa dovrebbe stare in un posto accessibile. La batteria invece può essere posta sotto un mobile o dentro un armadietto: una volta fatti i collegamenti non c’è più granché bisogno di accedervi.

Collegamenti

Comprato il materiale e scelta la posizione per il pannello sei arrivato al momento di collegare il tutto. Qui sotto vedi lo schema che ti dà una vista d’insieme.

Fare i collegamenti nel giusto ordine protegge da eventuali rischi e permette di essere certi che le apparecchiature non vengano danneggiate. Segui perciò attentamente i passi seguenti.

In molti kit in vendita, in uscita dal pannello si ha il cavo rosso/nero con in fondo le due pinze che sono utilissime per fare il collegamento con la batteria. Se è così, consiglio di tagliare il cavo più o meno a due terzi in modo da ottenere due pezzi: la parte di cavo rosso/nero che esce dal pannello la collegherai all’ingresso della centralina, e la parte di cavo rosso/nero terminato da pinze la userai per collegare la centralina alla batteria.

Guarda la centralina e identifica ingressi e uscite. Se hai la centralina che vedi in figura noterai che ho marcato le varie prese con P (ingresso, Pannelli) B (ingresso / uscita, Batteria) e L (luci, uscita).

Collegherai il cavo PRIMA ai morsetti della centralina POI ai morsetti della batteria, perché se fai l’opposto è possibile che positivo e negativo in arrivo dalla batteria entrino accidentalmente in contatto e facciano scintille o provochino piccole esplosioni.

Se hai un cavo con le pinze alle estremità (come spiegato sopra, spesso arriva assieme al pannello) lascia le pinze per dopo e prepara l’altra estremità del cavo.

Per fare questo inizia a scoprire il filo di rame alle estremità del cavo che poi collegherai ai morsetti di uscita che ho indicato con “B” (Batteria) della centralina in figura.

La pelatura della estremità del cavo è una operazione che si fa con un paio di forbici, si incide leggermente il rivestimento a 1 cm circa dall’estremità, e poi si sfila via il rivestimento di plastica ruotando e attorcigliando il cavo in rame con le dita evitando così che in seguito i vari fili di rame si separino.

Nella centralina in figura i morsetti di collegamento verso la batteria stanno nel mezzo, ma controlla bene nella tua centralina che potrebbe essere diversa da quella in figura. Il positivo è marcato con un “+” stampigliato sopra.

Svita le viti dei due morsetti, inserisci l’estremità del cavo in rame, e avvita ciascun morsetto. Solo la parte in rame deve entrare nel morsetto e controlla che le parti in rame dei due fili non si possano mai toccare tra loro muovendo i fili. Controlla infine che tirando i cavi questi non si sfilino dai morsetti.

Fatto questo, collega le altre estremità del cavo alla batteria.

La batteria ha i poli ben marcati rosso/+/positivo, nero/-/negativo. Per poli si intendono due parti in metallo: alcune batterie hanno sui due poli dei coperchi in plastica, che per fare il collegamento vanno ovviamente tolti.

Prima si collega il polo negativo, poi il positivo. Mai toccare entrambi i poli contemporaneamente con le dita o con materiale metallico.

Se hai le pinze montate sul cavo sarà facile e rapido, se è un cavo normale senza pinze andranno pelate le estremità per qualche centimetro e poi la parte in rame avvolta ai poli, sempre prima negativo poi positivo. Toccare il polo positivo di una batteria con le dita non è di per sé pericoloso, a meno che non si tocchi contemporaneamente anche il polo negativo.

Alla fine, puoi bloccare il cavo avvolto con nastro isolante o con una molletta.

Una volta collegata la batteria alla centralina, quest’ultima inizierà a funzionare. Colleghiamo ora il pannello solare e ci occuperemo dopo della configurazione della centralina.

2. Collegare il pannello solare alla centralina

Dal pannello esce un cavo con rosso-positivo e nero-negativo. Mettere il pannello all’ombra, rivolto al pavimento: se lasciamo già il pannello al sole questo produrrà corrente che arriva lungo il cavo che staremo pelando.. anche qui evitiamo di creare corrente ora in caso vadano a contatto accidentalmente positivo e negativo. Fatto ciò inizia a scoprire il filo di rame alle due estremità del cavo.

La centralina ha una coppia di morsetti di ingresso, nella centralina in foto sono i primi due che ho marcato “P” (Pannelli), verifica comunque nella centralina che stai usando, potrebbe essere diversa da quella in figura.

Anche qui svita le viti dei morsetti, poi inserisci il cavo rosso nel positivo +, il nero nel negativo -, solo le estremità in rame devono entrare nel morsetto e ovviamente non si devono mai toccare tra loro.

Riavvita le viti dei morsetti e controlla che tirando leggermente i fili questi restino al loro posto.

Collegato il pannello, quest’ultimo si può mettere alla luce del sole. Immediatamente nella centralina si attiverà la spia dei pannelli per segnalare che la corrente entra: tutto ok.

Configurazione della batteria

Al primo utilizzo si configura la batteria per impostarne il funzionamento.

In una situazione normale (vedi figura a lato) il display mostra la carica della batteria, che poi è anche la tensione in uscita dai morsetti “L”, l’icona dei pannelli se risultano collegati, e l’icona delle luci se l’uscita risulta attiva. La batteria ha un indicatore di carica, se è mostrata quasi vuota significa che è scarica.

La centralina ha poi tre pulsanti che sono in ordine: Selezione / Più / Meno (quest’ultimo serve anche a spegnere le uscite).

Premendo il primo tasto (selezione) si sceglie la impostazione da modificare. La si modifica coi tasti più e meno.

La prima impostazione da fare all’inizio è impostare il tipo di batteria, il che determina di conseguenza le altre impostazioni, soprattutto fino a quanti Volt la batteria può essere caricata. Quindi premi ripetutamente il primo tasto (selezione) finché non esce il simbolo della batteria con una scritta B1 o B2 o B3, vedi figura a lato.  Con la centralina viene di solito (ma non sempre) fornita una tabellina che spiega a cosa corrispondono B1 B2 B3 ossia i vari tipi di batterie in commercio. Solitamente B2 ovvero “batteria a gel” è la impostazione più comune.

Subito dopo premi ripetutamente Selezione fino ad arrivare sulla impostazione del livello di massima carica (simbolo: la batteria puntata dalla freccia), vedi figura fianco: Alcune batterie tollerano tensioni anche più alte ma io ho messo 13.5 volt per non forzare mai troppo e stare sul sicuro, consiglio di fare altrettanto. La tensione massima di carica, comunque, è un dato che il costruttore della batteria fornisce.

Già da ora, se la batteria è abbastanza carica si accenderà la spia delle “luci” (anche detta carico), il che ti indica che puoi applicare all’impianto una lampada oppure usare le prese USB.

Le due prese usb possono essere usate per ricaricare apparecchi, e la coppia di morsetti “L” che funge da uscita fornisce la tensione data dalla batteria (12 volt, più o meno, il valore esatto è un pò variabile e si legge sempre sul display). A questi morsetti di uscita possiamo collegare per esempio una lampada 12 volt: se ne trovano molte in commercio a uso camper e barca.

Principio fondamentale: le prese usb sono solo in uscita. Non tentare mai di ricaricare la batteria applicando corrente alle prese usb!

Le altre impostazioni della centralina decidono a che livello disattivare luci e prese usb, e quando riattivarle. Vediamo la impostazione relativa allo spegnimento (simbolo: batteria scarica). Per evitare che, scaricando troppo la batteria, questa si danneggi io ho impostato il livello di spegnimento luci sotto la soglia di 10.1 Volt.

Se per caso la tensine scende a 10 Volt, le luci si spegneranno e le due usb smetteranno di funzionare.

Ora attenzione: Se a luci spente il pannello, che fornisce energia, farà salire di poco la carica, si preferisce non far riaccendere le luci subito per dare alla batteria la possibilità di fare dei cicli di scarica/carica un minimo ampi.

Ecco quindi a cosa serve la impostazione di riaccensione luci che vediamo qui di fianco (Simbolo: Batteria mezza piena e freccia verso la lampada): decide a che livello di carica riaccendere le luci dopo l’avvenuto spegnimento. Io ho messo 11.1 Volt. Quindi dopo lo spegnimento del carico, da 10 a 11 volt le luci rimarranno spente fino a consentire la batteria di caricarsi almeno fino a 11 volt.

Ora l’impianto è in funzione, prenditi alcuni giorni di tempo per osservare come varia il livello di carica batteria con le condizioni di luce e quali apparecchi riesci a ricaricare (e in quanto tempo) con le prese usb presenti sulla centralina.

• puoi ricaricare apparecchi USB e usare luci LED e apparecchi a 12 Volt per auto, camper e barca
• molto economica

Contro:

• Durante la notte la batteria tenderà a scaricarsi anche senza usarla (la corrente fluisce in senso inverso, verso i pannelli). Per ora ciò è normale e lo risolveremo.
• Le prese USB sono poco potenti e difficilmente ci potrai ricaricare uno smartphone in temi accettabili.
• In caso di tempo nuvoloso e carico collegato in uscita, la ricarica della batteria avverrà in modo stentato (ricordo le impostazioni di spegnimento e riaccensione). Se fosse sempre nuovoloso sarebbe bene mettere la soglia di riaccensione più alta.

Guida agli acquisti

• Kit pannello + centralina + cavi, su Temu
• Multimetro digitale, su Temu
• Cavo rosso e nero, su Temu
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• Batteria da auto 12V 50 A, su Amazon