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

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.   

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.  

 

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.

 

 


Componenti

Meccanici - Elettromeccanici

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. 

 

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.   

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. 

 

 

Il movimento verticale dei pannelli è ottenuto usando un attuatore lineare della Jaeger modello SuperJack, specifico per impianti FV.   

 

Particolare movimento meccanico
 Particolare sistema rotazione
 
 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.

Quadro di controllo con regolatore di carica e centraline per comando manuale ed automatico
Particolare scheda comando motori
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.

 
 Schermata del pannello di controllo PC
 
 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: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. 

Sono in grado di fornire, tramite aziende con cui collaboro, anche l'impianto chiavi in mano e su specifica del cliente.   


Album fotografico impianto

 

 Nel 2003 decisi di iniziare a progettare un sistema elettromeccanico di inseguimento solare da utilizzare per la movimentazione di pannelli fotovoltaici; per prima cosa realizzai un sensore di luminosità composto da 5 diodi LED (quattro  Ø 5mm ed uno Ø 10mm) e da  un sensore di temperatura.

I quattro LED disposti a coppie su due piani ortogonali e con angolo di circa 60° fra coppia sono collegati ad un amplificatore operazionale quadruplo che converte le variazioni di corrente generate dai LED in corrispondenti variazioni di tensione, lo stesso sistema di conversione viene utilizzato per il LED centrale che ha il compito di rilevare il valore assoluto di luminosità, il sensore di temperatura fornisce il dato necessario a compensare la deriva del fattore di conversione lux/μA dei LEDs.

 

All' interno del contenitore stagno, realizzato con fresa a controllo numerico, è contenuto il circuito stampato dei convertitori; il collegamento elettrico con la centralina di controllo a microprocessore avviene con cavo schermato multipolare. Sia lato uscita sensore che lato ingresso del convertitore A/D del microprocessore sono presenti filtri LC indispensabili a rendere il collegamento immune ai disturbi elettromagnetici ed elettrostatici.

 

Per il movimento dell'asse azimutale ho usato un riduttore ricavato da un girarrosto ed azionato da un motore passo-passo, il movimento di rotazione è realizzato con un riduttore ricavato da un alzacristalli per autovettura ed un motore passo-passo identicoa quello dell'altro asse.

Tutto il complesso di rotazione è avvitato ad una struttura in alluminio fissata ad un tubo quadro in acciaio, saldato ad una piastra anch'essa in acciaio e dotata di 4 piedini regolabili per la necessaria messa in bolla. Su ambedue gli assi sono presenti microswitch di fine corsa regolabili.

Complesso rotazione pannello

Il piccolo pannello FV ricarica una batteria al piombo da 12V 12Ah che consente il funzionamento autonomo del sistema anche per molte ore di scarsa insolazione.

Il sistema è controllato da una centralina da me progettata e realizzata, basata su un microprocessore ad 8 bit della Microchip, precisamente un 16F877 che lavora alla frequenza di 20MHz.

L'unità di controllo pilota due driver per step-motor in modalità half-step e con PWM per la regolazione della velocità, è inoltre dotata di un interfaccia seriale collegabile sia direttamente che a mezzo radiolink a 433MHz (realizzato con moduli Aurel) ad un PC per il controllo dei vari parametri di rotazione manuale ed automatica nonchè per il log dei valori di insolazione e temperatura.

  

Interno centralina di controllo

 

Sistema completo

 

Installazione provvisoria per test

 Ho realizzato il software di controllo utilizzando "Delphi 6" in ambiente Windows, consente la variazione ed il controllo di tutti i parametri operativi del sistema  e la memorizzazione su hd di molti valori.

Pannello di controllo

 

Log percentuale insolazione

Il sistema di test è rimasto in funzione per diversi mesi ed in svariate condizioni atmosferiche, le prove sono state condotte sia presso la mia abitazione che in baita, fornendo molte informazioni e dati utili per il passo successivo che è consistito nella realizzazione del impianto definitivo descritto nel prossimo articolo.

Un breve filmato del prototipo di test in funzione.

 

Nel 1987 mio suocero, mio cognato ed io ultimammo la ricostruzione della baita di famiglia, allora era raggiungibile solamente a piedi od in moto da fuoristrada, la buona e vecchia "Campagnola FIAT" arrivava a stento a circa 2km di distanza.

Grazie ad alcune amicizie collegate al mio lavoro in alcuni casi potevamo contare sul qualche carico 'volante' trasportato da un elicottero Aloutte 315B - LAMA di un impresa privata con base in zona.

Lavorando già da alcuni anni come progettista elettronico realizzai quindi il primo impianto elettrico della baita utilizzando 2 pannelli fotovoltaici della Philips da 50W 12V ciascuno collegati in parallelo, all'epoca era quanto di meglio offriva il mercato.
Per lo stoccaggio dell'energia prodotta utilizzai un gruppo di 6 batterie al piombo da 2V 350Ah della FIAMM  collegate in serie (erano utilizzate come UPS presso una centrale Telecom, dismesse dopo solo 3 anni di servizio).
Progettai quindi una semplice centralina di ricarica e regolazione, completamente analogica, che evitava sia la sotto-scarica che la sovra-scarica degli accumulatori; quando le batterie raggiungevano il 100% di carica, la produzione dei pannelli veniva commutata su una resistenza di riscaldamento e/o su una lampadina a 24v 50W posta all'esterno e visibile dalla montagna di fronte, questo serviva a fornire un carico continuo ai pannelli prolungandone la vita.

Chiaramente tutta la rete di distribuzione della baita era a 12Vcc e veniva utilizzata esclusivamente per l'illuminazione, l'alimentazione di un apparato C.B., uno VHF ed un piccolo televisore. 

Tale impianto ha funzionato egregiamente h24, 7/7, 365/365 giorni all'anno fino al 2009 quando è stato messo in pensione e sostituito da quello che descriverò nei prossimi articoli.

Al momento dello smontaggio le batterie avevano ancora il 70% della capacità nominale ed i pannelli avevano una resa in piena insolazione pari al 85% di quella di targa; questi sono ancora in funzione come mantenitori di carica per la batteria di un camper di amici.

Filmato di alcuni passaggi effettuati alcuni anni fa sulla cima "Doss del Sabion" a bordo di un TB9 "Tampico" in compagnia dell'amico Giorgetto.

Un grazie alle operatrici video Carmen e Mara.

 

Mercoledì, 12 Febbraio 2014 17:41

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PROGETTISTA E CONSULENTE ELETTRONICO ED INFORMATICO
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Da oltre 30 anni mi occupo di progettazione elettronica in molteplici settori, dalle telecomunicazioni all'automazione industriale, nonché di programmazione in ambiente Windows e di microprocessori utilizzando svariati linguaggi e tools di sviluppo.

Ho una completa strumentazione elettronica e sono in grado di realizzare anche semplici lavorazioni meccaniche possedendo una discreta attrezzatura comprendente anche tornio, fresa e mini-cnc corredati da utensili vari.

Praticando come hobby il modellismo sia statico che dinamico ho acquisito una buona manualità, utile anche in campo lavorativo.

E' possibile vedere o scaricare il mio curriculum professionale completo qui: curriculum

Nella sezione "Progetti Realizzati" troverete alcune delle mie realizzazioni nei vari settori in cui svolgo l'attività lavorativa.

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