Regolatore di Carica Fotovoltaico a Cosa Serve

Uno dei componenti fondamentali di un impianto fotovoltaico con accumulo è il regolatore di carica. Parliamo di sistemi che producono energia elettrica dal sole e la “stoccano” in batterie. Tali impianti possono anche essere usati “off grid” ovvero non connessi alla rete elettrica ma autonomi nel loro funzionamento. Quindi ci riferiamo a piccoli sistemi per fornire elettricità a barche, camper, baite oppure ad interi appartamenti. In quest’ultimo caso possiamo quindi non dipendere piú da una compagnia per la fornitura di energia.

Cosa è il regolatore di carica?

Il regolatore di carica è uno strumento che permette di modificare la portata della corrente e della tensione applicate ad una determinato apparecchio elettrico o elettronico. Viene utilizzato poiché contrariamente a quello che si può pensare, molti macchinari non necessitano di una fornitura costante di corrente, ma bensì di un flusso regolato a seconda del livello di carica e della potenza.

Se infatti non ci servissimo di regolatori di carica, i tempi di vita di alcune batterie che vengono impiegate per il funzionamento dei pannelli fotovoltaici per esempio, avrebbero una vita molto più breve.

I regolatori di carica, anche se invisibili e miniaturizzati, sono presenti anche in tutti i nostri device portatili, ad esempio smartphone, laptop, tablet e anche nei lampioni solari a led.

Il procedimento che il regolatore svolge può essere suddiviso in tre fasi:

• nella prima invia alla batteria tutta la corrente possibile, fino al momento nel quale questa raggiunge un certo livello di tensione
• Nella seconda fase la corrente viene ridotta mentre la tensione rimane ancora costante; questa fase è definita di “assorbimento”
• Al termine c’è quella chiamata “periodo di mantenimento”: tensione e corrente vengono abbassate ed inviate alle macchine in una piccola quantità, dopodiché il regolatore interromperà l’afflusso di corrente una volta concluso il ciclo, in modo da poter evitare il sovraccarico.

In parole povere, quindi, il regolatore di carica funge da vero e proprio stabilizzatore dell’energia immagazzinata che viene gestita in modo ottimale, tutto ciò per rendere efficiente e funzionale l’intera vita utile di un apparecchio elettrico.

Il suo impiego nel fotovoltaico

Il regolatore di carica trova vasta applicazione nel settore fotovoltaico.

Il regolatore va collegato alle batterie dell’impianto fotovoltaico, tra batteria e modulo fotovoltaico, e quasi la totalità dei modelli in commercio oggi sono dotati di un led di controllo in modo da poter indicare il funzionamento dell’apparecchio, solitamente infatti una luce gialla segnala la carica in corso, mentre quella verde indica la completa carica della batteria del pannello.

L’unico caso nel quale il regolatore di carica non è considerato utile al fine del buon mantenimento delle batterie e dell’impianto in generale è quando il pannello fotovoltaico riesce a produrre meno del 2% della capacità della batteria.

La tensione di alimentazione per un pacco di batterie da 12 V è di circa 16V. Ciò consente di caricare quelle al piombo a 14,40 V (6 x 2,40 V / cella) e quelle ali ioni di litio, Li-ion,  a 12,60 (3 x 4,20 V / cella). Si noti che 2,40 V / cella per acido di piombo e 4,20 V / cella per gli ioni di litio sono le soglie di tensione a pieno carico.

I regolatori di carica sono disponibili anche per gli ioni di litio per caricare pacchi da 10,8 V (3 celle in serie). Quando si compra un regolatore di carica, dovete osservare i requisiti di tensione. La famiglia standard degli ioni di litio ha una tensione nominale di 3,6 V / cella; il fosfato di ferro e litio è 3.20 V / cella. Collegare solo le batterie corrette per le quali è stato progettato il controller di carica. Non collegare una batteria al piombo acido a un controller di carica progettato per Li-ion e viceversa. Ciò potrebbe compromettere la sicurezza e la longevità delle batterie poiché gli algoritmi di carica e le impostazioni di voltaggio sono diversi.

I pannelli fotovoltaici solari sono normalmente collegati in serie, ogni modulo fornisce circa 20 V in una giornata di sole. Il controller legge la tensione generale della stringa, ma se un pannello viene ombreggiato, l’MPPT perde efficacia. I sistemi avanzati elaborano singolarmente ciascun pannello o gruppo di stringhe. Ciò consente il tracciamento della tensione dei pannelli ombreggiati fino a 5V.

Potresti chiederti: “Perché non posso semplicemente collegare un pannello fotovoltaico da 12 V direttamente al mio laptop o cellulare?” Questo dovrebbe funzionare in linea di principio ma non è raccomandato. Il regolatore di carica trasforma la tensione CC in ingresso dal pannello solare al corretto intervallo di tensione. In piena luce solare, la tensione di un pannello solare da 12 V può arrivare a 40 V e questo potrebbe danneggiare il dispositivo. Avresti comunque bisogno di un INVERTER, ovvero dispositivo che trasforma la corrente da continua ad alternata.

Come sceglierlo e dimensionarlo nel modo giusto

In generale individuare il regolatore di carica giusto per i propri bisogni non è un’operazione complessa, ma se non effettuata con attenzione potrebbe portare ad una scelta sbagliata che può compromettere il funzionamento dell’intero impianto fotovoltaico nel lungo termine.

Ci sono tre principali caratteristiche che è necessario tenere a mente per il calcolo del dimensionamento del regolatore.

• La prima è la corrente nominale di carico, questa quantità dipende dalla potenza massima che viene assorbita dagli utilizzatori elettrici (apparecchi direttamente collegati a corrente, che non vengono alimentati tramite batteria).
• In secondo luogo vi è la corrente nominale solare, e cioè quella che viene data dal pannello fotovoltaico. (La corrente nominale solare totale è data dalla somma delle correnti provenienti da tutti i pannelli in un sistema).
• Vi è infine la tensione del sistema, che può essere individuata con la potenza di 12, 24, oppure 48 V.
  Per scegliere il regolatore perfetto quindi, ci sono due criteri fondamentali: ognuna delle correnti nominali (quella solare e quella di carico) deve essere inferiore alla quantità di corrente nominale del regolatore di carica, mentre la tensione del sistema deve combaciare tra tutte le parti, e cioè deve essere la stessa per pannelli, batterie e regolatore (se si sceglie un regolatore da 24 V, sarà perché questa è la tensione anche degli altri elementi).

I prezzi

il costo di un regolatore di carica è principalmente legato al tipo di circuiteria elettronica e al carico che è in grado di sostenere. Quindi la corrente massima in entrata ed uscita, la Massima Potenza del Pannello fotovoltaico in ingresso.

Un regolatore di carica economico produce una tensione di uscita solo quando è disponibile energia solare sufficiente. Con una insolazione in diminuzione, il controller di carica si spegne e riprende semplicemente quando vengono ripristinati livelli sufficienti di luce. La maggior parte di questi dispositivi non può utilizzare l’energia marginale presente all’alba e al tramonto e ciò li limita l’uso alle applicazioni con condizioni di illuminazione ideali.

I regolatori di carica piú costosi tengono traccia della potenza misurando la tensione e regolando la corrente per ottenere il massimo trasferimento di potenza alle condizioni di luce prevalenti. Ciò è reso possibile con il tracking del punto di massima potenza (MPPT o Maximum Power Point Tracker). E’ un sistema che fa si che uno o più pannelli riescano ad erogare la massima potenza indipendentemente dal carico

Va notato che non tutti i circuiti MPPT funzionano altrettanto bene. Alcuni sono grossolani e non rispondono immediatamente ai cambiamenti di luce, causando la caduta o la disattivazione dell’uscita se un’ombra si pone sul pannello. Altri sistemi cadono troppo presto e non sfruttano appieno le condizioni di scarsa illuminazione.