Finalmente l’abbiamo capito: le fonti fossili non solo sono esauribili e soggette a forti oscillazioni di prezzo, ma stanno mettendo a repentaglio la salute del pianeta Terra, essendo le principali responsabili di quelle emissioni nocive di gas serra che provocano il surriscaldamento globale e il cambiamento climatico.
Il futuro della nostra sicurezza in campo energetico reclama scelte coraggiose e lungimiranti. Ricerca e sviluppo dovranno sempre di più concentrarsi sulle rinnovabili, al fine di realizzare quell’obiettivo europeo che prevede di raggiungere, entro il 2020, un 20% di produzione energetica totale derivata da queste fonti.
In questo settore svolge e svolgerà un ruolo importante il nostro “frate” sole, una risorsa pulita, sicura e illimitata, basti pensare che l’energia solare irradiata sulla terra è di circa 15mila volte superiore al consumo energetico dell’intera umanità.
Per sfruttare queste potenzialità la tecnologia si basa sui pannelli solari fotovoltaici o termici, dispositivi che riescono a trasformare l’energia solare rispettivamente in elettricità (fotovoltaici) o calore (termici).
In questa sede ci soffermeremo sui primi, per andare a scoprire i metodi per la più economica e divertente fabbricazione fai-da te.
Prima dei nostri consigli, cerchiamo però di conoscere un po’ meglio la tecnologia fotovoltaica, una delle più innovative e promettenti nel medio e lungo termine.
Alla scoperta dell’energia solare
La quantità di energia solare disponibile per la trasformazione in elettricità dipende dall’irraggiamento del luogo in cui interverremo, che risente delle condizioni climatiche locali e aumenta quanto più ci si avvicina all’equatore. Per definizione, l’irraggiamento è la quantità di energia solare incidente in una superficie unitaria in un determinato intervallo di tempo, misurato in kWh/m2/giorno. Le condizioni climatiche italiane consentono ottime potenzialità per il fotovoltaico, con valori di irraggiamento che variano dai 3,6 kWh/m2/giorno della Pianura Padana, ai 5,4 della Sicilia.
La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente e istantaneamente l’energia solare in elettricità, senza aggiunte di altri combustibili e quindi a zero emissioni.
La cella fotovoltaica, che sfrutta il cosiddetto effetto “fotoelettrico”, è costituita da una piccola lastra di uno speciale materiale “semiconduttore” (generalmente silicio), opportunamente trattata al fine di generare una corrente elettrica continua quando viene colpita dalla radiazione solare. Per formare superfici più grandi le celle sono collegate tra loro in moduli, a loro volta uniti per formare un generatore fotovoltaico, capace di garantire potenze maggiori. In sintesi, quindi, un sistema fotovoltaico è costituito da: un generatore; un sistema di condizionamento o controllo della potenza (inverter); un’eventuale accumulatore di energia (batteria); una struttura di sostegno e infine un sistema di sicurezza.
Gli impianti fotovoltaici possono essere di due tipi: in rete (on-grid) o a isola (off-grid). I primi sono connessi alla rete elettrica nazionale in un rapporto di reciproco interscambio (ricevono e immettono energia). L’energia elettrica prodotta e non utilizzata viene ceduta alla rete e compensata con tariffe stabilite dall’ente gestore dei servizi elettrici. Al di là dei tradizionali pannelli sulle case residenziali, abbiamo così le centrali elettriche fotovoltaiche, i sistemi inseriti negli edifici, le integrazioni nelle facciate dei palazzi ecc.
I secondi sono invece scollegati dalla rete. L’energia prodotta può quindi esser interamente utilizzata per le esigenze domestiche, nonché conservata tramite batterie. In genere, gli impianti a isola sono utilizzati per utenze con basso consumo energetico o ubicate in aree scomode, ma trovano una larga diffusione anche su camper e barche, per l’azionamento di passaggi a livello o per l’illuminazione pubblica e di giardini privati, tramite lampioncini fotovoltaici.
Al di là del fatto che non producono emissioni nocive, risparmiano energia e riducono la dipendenza dai costosi combustibili fossili, i sistemi fotovoltaici presentano altri notevoli vantaggi, poiché hanno un’estrema flessibilità d’impiego, non sottraggono spazio – in quanto solitamente costruiti sui tetti degli edifici o in aree già occupate – permettono di produrre energia elettrica anche mediante piccoli impianti privati, sono semplici da utilizzare, di facile manutenzione, estrema affidabilità e lunga durata (superiore ai 20 anni).
I loro limiti principali sono invece legati all’aleatorietà della loro fonte (il sole) e ai costi piuttosto elevati, nonostante le politiche d’incentivazione. Per ovviare a quest’ultimo aspetto, armatevi di pazienza e provate a costruirvi da soli e con le vostre mani un pannello solare off-grid. Non ve ne pentirete, perché il fai-da-te consente notevoli risparmi!
Premessa: i pannelli amovibili non necessitano di alcuna autorizzazione e possono dar vita a piccoli impianti autonomi dalla rete, che permetteranno di poter utilizzare tutta l’energia prodotta senza vincoli burocratici, adempimenti normativi o costi aggiuntivi.
A questo punto non vi resta che scegliere se comprare i vari componenti che potete trovare facilmente in commercio, oppure, come consigliamo, acquistare dei kit fotovoltaici completi e pronti all’uso, prenotabili anche online. Ve ne sono di varia potenza (dai più piccoli sotto i 50 W fino a quelli di oltre 20 kW) e tipologia (on-grid e off-grid, con o senza batteria di accumulo, integrabili all’impianto di casa o collegabili a un impianto di illuminazione continua senza inverter ecc.), per la più ampia gamma di prezzi e varietà di impieghi (dai piccoli impianti per illuminare il giardino a quelli domestici per risparmiare energia in casa, fino ai sistemi più potenti per le esigenze di un magazzino o di un’azienda).
Generalmente, un kit della potenza di 3 kW contiene:
12-14 pannelli fotovoltaici da 250-300 W l’uno;
un inverter di stringa monofase da 3mila W;
una struttura di alluminio come sistema di fissaggio dei pannelli;
un sistema di cavi solari dotati di connettori;
un centralino di campo AC/DC con i sezionatori;
i limitatori di sovratensioni; i portafusibili e infine un sistema di protezione e cablaggi.
Spulciando tra le varie offerte anche online, troviamo per esempio che l’azienda Mr Watt mette a disposizione vari kit di diversa potenza, da pochi W fino a più di 1 kW. A un prezzo di 399,90 euro è possibile acquistare un kit fotovoltaico policristallino da 1 Kw, che contiene i seguenti elementi:
525 celle solari 3”x 6” policristalline
265 m di tab wire (0,15 mm x 1,6 mm)
15 m di bus wire (0,2 mm x 5 mm)
1 penna Rosin Flux
15 diodi da 5 A e 15 V
Con tale strumentazione è possibile ottenere una configurazione tipica di 36 celle in un singolo pannello (per circa 18 volt e un massimo di 3,6 ampere), oppure una a tre file da 12 celle con dimensione del pannello di 50 x 100 cm circa. Le applicazioni sono le più svariate: camper e campeggio in genere; imbarcazioni; illuminazione luci giardino; alimentazione piccoli elettrodomestici quali televisori, personal computer ecc.
Si tratta di un sistema fotovoltaico a isola dotato di batterie, dove è fondamentale l’utilizzo dei regolatori di carica proprio per evitare il sovraccarico di quest’ultime. Le celle solari devono essere montate in modo efficace per garantire una lunga durata del pannello. A tal fine, l’azienda consiglia alcuni accorgimenti, quali l’incapsulamento delle celle all’interno di una finestra a doppio vetro, l’utilizzo di resine siliconiche speciali (QS 216) e di un saldatore da 60-80 W con punta piana, nonché la diposizione delle celle su una superficie liscia di vetro o altri materiali termicamente isolanti.
Pannelli solari fotovoltaici fai da te: ecco come realizzarli in casa!
Con l’ausilio dei tutorial messi a disposizione da Mr Watt, vediamo ora le istruzioni per la semplice costruzioni di piccoli pannelli a isola.
Prima di tutto controllate di avere tutta la strumentazione necessaria. Al di là del kit contenente le celle solari, il ribbon, la penna flux, il diodo scotchy e la scatoletta elettrica, dovrete disporre di: un saldatore da almeno 60 W più stagno; una lima per ferro; un cacciavite a croce; un paio di guanti in lattice; alcuni morsetti; una rotella di scotch di carta; un trincetto; un metro; un cartoncino; del filo elettrico; un tronchese; delle canaline a U per serrande o controsoffitti; un voltometro; una pistola più silicone trasparente; del policarbonato alveolare e infine una lastra in plexiglass.
Bene, siamo pronti. Col sostegno della learning zone fornita da Mr Watt vediamo le procedure per saldare le celle solari.
Istruzioni: utilizzeremo un cartoncino dove avvolgere e tagliare con un taglierino delle strisce di ribbon, in modo da ottenerle tutte della stessa misura e senza sprechi. Continuiamo saldando il ribbon sulle celle solari. Saldiamo tutte le celle allo stesso modo. Per un pannello perfetto occorre poi la predisposizione della “basetta” di legno. Colleghiamo le celle in serie ottenendo le stringhe. Continuiamo collegando in serie le celle, fino ad ottenere sei celle in serie per ogni stringa. Utilizzare un nastro adesivo di carta, sarà utile per non stressare le saldature quando si muoveranno le celle. Successivamente lo possiamo togliere. Continuiamo collegando in serie le stringhe da sei celle ottenendo le stringhe finali da 12 celle. A qualche piccolo difetto si può sempre rimediare sostituendo una cella o ripassando la saldatura. Colleghiamo in serie le tre stringhe finali di 12 celle. Continuiamo fissando le celle sul vetro con un nastro adesivo o del silicone neutro, ottenendo anche l’incapsulamento anticondensa. Una volta fermate le celle sul vetro, possiamo togliere il nastro di carta. Continuiamo incapsulando le celle con il nastro adesivo o silicone, senza premere sulle saldature. Giriamo il pannello…che ora è pronto per esser sigillato.
Eccoci quindi al passo successivo: sigillare un pannello solare fatto in casa.
Procedimento: togliamo la parte posteriore del nastro biadesivo. In caso di silicone questa fase non è necessaria. Applichiamo il silicone sul perimetro del pannello per poi fissare il pannello posteriore di policarbonato alveolare. Prima di applicare il pannello fare i buchi da dove far uscire il bus wire. Saldiamo i fili rosso e nero sui poli del nostro pannello. Prima di applicare il secondo pannello di policarbonato, passare il silicone sul perimetro e i fili, altrimenti dopo sarà più complicato. Abbiamo applicato due pannelli di policarbonato perché siamo ricorsi a quello da 4 mm. Applichiamo la cornice di alluminio oppure il più economico lamierino di ferro ad U. Sigilliamo la cornice, in modo particolare gli angoli del pannello. Si possono anche aggiungere degli angolari. Facciamo seccare il silicone e poi facciamo qualche prova al sole. Attenzione alla zona d’ombra: coprire solo una piccola zona del pannello vanifica tutti i nostri sforzi. Verifichiamolo! Dati ottenuti dalla prove con una posizione del pannello non ottimale: eccellenti! 18,5 V…che in condizioni ottimali arriveranno certamente a 20 V.
Dopo aver imparato a saldare e sigillare un pannello, ecco una semplice costruzione che potrebbe rivelarsi molto utile: un minipannello solare per interno, il più economico per caricare cellulari e altri apparecchi elettronici.
Materiali: vinili carbon look; stagno; 10 celle fotovoltaiche 1” x 3”; ribbon; filo elettrico; flux pen; un pezzo di vetro o plexiglass.
Strumenti: saldatore; forbici; taglierino; tester; righello.
Procedimento: prima di tutto tagliamo la quantità di ribbon necessario e della misura giusta. Iniziamo saldando il ribbon sulle celle solari lato blu (polo negativo). Terminata la saldatura della parte superiore delle celle, uniamole saldando la parte posteriore (polo positivo). Finite di costruire le due celle, avremo ottenuto i 5,5 V necessari. Saldiamo due terminali per poter collegare le file in serie. Finita tale procedura, colleghiamo le file in serie. Utilizziamo il vinile adesivo per collegare le celle al plexiglass o al vetro. Prepariamo i terminali e saldiamo il filo elettrico e il diodo.
Veniamo quindi alle sue prove tecniche come caricatore di telefoni cellulari.
Materiali: mini pannello solare fatto in casa; cavo con uscita USB; smartphone.
Procedimento: prima di tutto controlliamo la tensione di uscita al sole. Corrente massima 0,67 A, potenza 3,2 W. Risultato ottimo per caricare batterie da 3,7 W. Prendiamo il cavo adeguato al nostro telefono cellulare. Identifichiamo i poli del cavo USB e colleghiamoli al pannello solare. Collochiamo quest’ultimo al sole…et voilà…il nostro smartphone è in carica.
Oramai sarete diventati dei veri guru in materia. Eccovi quindi le istruzioni per costruire un minipannello solare per esterno (celle incapsulate in resina).
Materiali: silicone, stagno, 10 celle fotovoltaiche 1”x 3”, ribbon, filo elettrico, flux pen, resina di poliestere o epossidica, barra di alluminio, un pezzo di vetro o plexiglass.
Strumenti: saldatore, forbici, taglierino, tester, righello.
Procedimento: mettiamo del silicone nelle barrette di alluminio. Incorniciamo il vetro. Una volta seccato il silicone, puliamo il vetro o plexiglass. Inseriamo le celle solari precedentemente saldate dentro la cornice e fissiamole al vetro con dell’adesivo. Svuotiamo la resina in un contenitore e aggiungiamo l’induritore. Miscelare per due minuti. Versiamo la resina sulle celle solari. Mentre la resina di indurisce, prepariamo il diodo e il filo elettrico. La resina indurisce in 20 minuti. Può capitare che la resina filtri sotto le celle…no problem…si tratta solo di un problema estetico che non compromette la funzionalità dell’apparecchio. Le resine di poliestere o epossidiche senza filtro UV ingialliscono in poco tempo sotto il sole. È meglio quindi usare il Qsil 216. Colleghiamo l’uscita del pannello al diodo e al filo elettrico e infine utilizziamo colla o silicone per bloccare il tutto.
Buon lavoro!
Marco Grilli
