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L’ aiuto del Sole per chi viaggia è diventato oggi irrinunciabile. Con un buon impianto a energia solare è infatti possibile sostare ovunque, senza temere di restare a corto di energia elettrica, con notevoli vantaggi in termini di libertà, di economia di esercizio, e di pulizia dell’ ambiente. E’ naturalmente importante fare le cose bene, e quindi scegliere tutti i componenti dell’impianto secondo le effettive esigenze.
Il rimorchio solare per bici rende indipendenti da ogni presa di corrente. Inoltre, vengono caricati anche GPS, cellulari, computer portatili, ecc. Il rimorchio solare viene installato per la vostra bici elettrica in soli 5 minuti e il divertimento può avere inizio. Mentre si è fuori tutto il giorno o si prende il sole, la batteria di ricambio viene tranquillamente caricata nel rimorchio. La mattina seguente, basta sostituire le 2 batterie e si è pronti per la tappa successiva. Se una volta vi trovate nei pressi di una presa di corrente, è possibile collegare il rimorchio alla rete, e quindi accelerare la carica. Il rimorchio nella versione base, dispone di 50 Watt di energia solare, che produce, quando si è nella bella stagione, circa 200/250 Wh al giorno. Su richiesta è possibile assemblare fino a 140 Watt e produrre così circa 600 Wh al giorno. Il rimorchio dispone di una batteria tampone al litio e un inverter ad onda sinusoidale di 230 Volt. E' possibile inoltre, caricare gli accessori da viaggio, come il rasoio, lo spazzolino da denti elettrico, ecc.
Il rimorchio è stato progettato in modo tale da poter essere trasformato in 30 secondi in una valigia normale, cioè, con ruote e timone rimovibili con un sistema a scatto, e la valigia può essere trasportata senza problemi in treno, autobus o in aereo.
L'interno del rimorchio ha una capacità di 140 litri di spazio, in modo da poter riporvi le tende e tutte le attrezzature da campeggio. A seconda della configurazione il rimorchio, ha un peso di 15-25 kg, cosa che può apparire veramente eccessiva, ma dal momento in cui una normale bici elettrica munita di bagagli e conducente può pesare dai 110 a 140 kg gli aggiuntivi 20 kg, non faranno la differenza. Da non dimenticare che questo rimorchio si muoverà tutto il giorno grazie all'energia solare.
Il dimensionamento tecnicamente corretto richiede alcuni calcoli elettrici:
in questa breve spiegazione non entriamo nel dettaglio, ma indichiamo
i criteri orientativi di scelta.
1) Che potenza dobbiamo scegliere per i pannelli fotovoltaici?
Dovremo ora individuare le potenze giornaliere assorbite da ciascuna apparecchiatura.
Pertanto andremo a leggere la potenza in watt stampigliata sulla targhetta che di solito si trova sul retro di ogni apparecchio.
Moltiplichiamo questa potenza per il numero di ore al giorno che prevediamo di usare quello specifico apparecchio e otterremo i wattora (Wh) assorbiti da quell’apparecchio in un giorno, e quindi la potenza che gli dovremo fornire.
Esempio
Abbiamo una batteria della ebike da 8Ah a 36V (36V x 8Ah)=288Wh al giorno.
Sommiamo quindi le varie potenze in wattora al giorno di luci, batteria, ecc…: otterremo la potenza totale assorbita dai nostri apparecchi.
Supponiamo ora che il ns. calcolo ci indichi che abbiamo bisogno in totale di 300 Wattora al giorno.
Se desideriamo che il Sole fornisca tutta l’energia necessaria dovremo installare:
– 1 pannello da 80W, se usiamo il rimorchio solo d’estate (in quanto un pannello da 80W in estate genera ca. 300-350 Wh al giorno)
– 2 pannelli da 80W, o uno da 160W, se usiamo il rimorchio anche d’inverno (in quanto d’inverno un pannello da 80W genera ca. 150-200 Wh al giorno).
Naturalmente queste valutazioni tengono conto che ci sia bel tempo: per cautelarci dai giorni nuvolosi, sarà meglio fare una scelta prudenziale, maggiorando la potenza dei pannelli, in modo da immagazzinare quando c’è il sole più energia nella batteria, che ci tornerà utile nei giorni di brutto tempo.
Se invece ci accontentiamo che l’energia solare sia solo di supporto, cioè serva soltanto a mantenere carica la batteria durante brevi soste, potremo naturalmente scegliere per il pannello potenze minori.
Pannello Cristallino o CIS/CIGS?
Pannelli Fotovoltaici con cornice o Pannelli Fotovoltaici Flessibili e semiflessibili, non vetrati, calpestabili e adatti al clima marino, per ogni esigenza
Efficienza Del Pannello Solare L'efficienza del pannello solare è una misura della quantità di luce solare (irradiazione) che cade sulla superficie di un pannello solare e viene convertita in elettricità. A causa dei numerosi progressi nella tecnologia fotovoltaica negli ultimi anni, l'efficienza media di conversione dei pannelli è aumentata dal 15% a ben oltre il 20%. Come spiegato in dettaglio di seguito, l'efficienza del pannello solare è determinata da due fattori principali; l'efficienza della cella fotovoltaica (PV), in base al design della cella e al tipo di silicio, e l'efficienza totale del pannello, in base al layout, alla configurazione e alle dimensioni del pannello della cella.
Efficienza delle celle
L'efficienza di Cell è determinata dalla struttura della cella e dal tipo di substrato utilizzato, che è generalmente silicio di tipo P o di tipo N. L'efficienza della cella viene calcolata da quello che è noto come fattore di riempimento (FF), che è la massima efficienza di conversione di una cella fotovoltaica alla tensione e alla corrente di funzionamento ottimali.
Il design della cella svolge un ruolo significativo nell'efficienza del pannello. Le caratteristiche principali includono il tipo di silicio, la configurazione della sbarra e il tipo di passivazione (PERC). I pannelli costruiti utilizzando celle IBC ad alto costo sono attualmente i più efficienti (20-22%) grazie al substrato di silicio di tipo N ad alta purezza e all'assenza di perdite dovute all'ombreggiatura delle sbarre. Tuttavia, i pannelli sviluppati utilizzando le più recenti celle PERC monocristalline e le celle di eterogiunzione più avanzata (HJT) hanno raggiunto livelli di efficienza ben superiori al 20%.
Efficienza del pannello L'efficienza del pannello solare viene misurata in condizioni di prova standard (STC), in base a una temperatura della cella di 25 ° C, irraggiamento solare di 1000 W / m2 e massa d'aria di 1,5. L'efficienza (%) di un pannello viene calcolata in modo efficace dividendo la potenza massima nominale o Pmax (W) a STC, per l'area totale del pannello misurata in metri quadrati.
L'efficienza complessiva del pannello può essere influenzata da molti fattori, tra cui; temperatura, livello di irradianza, tipo di cella e interconnessione delle cellule. Sorprendentemente, anche il colore del backsheet protettivo può influire sull'efficienza. Un backsheet nero potrebbe sembrare esteticamente più gradevole, ma assorbe più calore con conseguente aumento della temperatura della cella che aumenta la resistenza, questo a sua volta riduce leggermente l'efficienza di conversione totale.
Visualizza fullsizeIl tipo, il design e la configurazione della cella solare hanno tutti un impatto sull'efficienza del pannello
I pannelli costruiti utilizzando avanzate celle "Interdigitated back contact" o IBC sono i più efficienti, seguiti da celle di eterogiunzione (HJT), celle PERC monocristalline a mezzo taglio e multi-busbar, celle scandole e infine monocelle a 60 celle (4-5 sbarre). I pannelli poli o multicristallini a 60 celle sono generalmente i pannelli meno efficienti e ugualmente i più economici.
2) Che regolatore di carica mi serve per il rimorchio? Il pannello solare, come si può vedere dallo schema sopra illustrato, in realtà non andrà ad alimentare direttamente i nostri apparecchi, ma il suo flusso di corrente dovrà essere controllato dal “regolatore di carica“. Questo fondamentale apparecchio innanzitutto assicura una corrente costante ai carichi, prelevandola dai pannelli e/o dalla batteria, e inoltre si occupa di interrompere la carica quando la batteria è al 100%, nonchè di disconnettere i carichi quando la batteria è scarica (ovvero, scende sotto la soglia “di sicurezza” proprio per evitare che si scarichi completamente e così si danneggi). In questo modo eviterà stati di sovraccarica e di scarica eccessiva alla batteria, mantenendo la batteria in buona salute. La scelta del regolatore va fatta sulla corrente massima assorbita dai nostri carichi e sulla corrente prodotta dai pannelli. Inoltre bisogna scegliere fra un regolatore del tipo PWM e un regolatore MPPT. In particolare, il regolatore MPPT si rende necessario se si vuole alimentare batterie a 36V con un pannello a 12(18)V. 3) L’inverter L’inverter e’ l’apparecchio che converte i 12V c.c. della batteria nel classico 230V: ci servirà pertanto ad alimentare apparecchi che non hanno possibilità di alimentazione in corrente continua, quali TV color senza alimentazione a 12V, utensili vari, ecc…L’inverter va acquistato se esiste almeno un apparecchio da alimentare a 230V, e va dimensionato di potenza superiore alla somma delle potenze in corrente alternata dei singoli apparecchi, per tener conto della corrente di spunto all’accensione. Il montaggio Il montaggio meccanico ed elettrico rimorchio va effettuato preferibilmente da personale specializzato, Per chi si diletta nel “fai-da-te” e si sente in grado di effettuare tutto da solo è possibile procedere al montaggio del/i pannello/i sul parte superiore ed ai collegamenti elettrici. Riassumiamo i componenti necessari per un impianto solare:
1 regolatore di carica della batteria MPPT
1 o 2 batterie di riserva
1 o 2 pannelli fotovoltaici
Supporti di fissaggio pannelli, cavi e guaine
Inverter(se uno o più apparecchi vanno alimentati a 220V)
REGOLATORI DI CARICA MPPT
MPPT è un acronimo che sta per Maximum Power Point Tracking.
Vuol dire che il regolatore di carica è in grado di inseguire costantemente il punto di massima potenza che il pannello è in grado di erogare in quel momento, a seconda dell’irraggiamento solare.
Quali sono i principali vantaggi?
1) Maggior corrente di ricarica erogata alla batteria
I regolatori MPPT sono in grado di utilizzare tutta la potenza generata dal pannello per caricare la batteria, a differenza dei regolatori tradizionali PWM che inviano genericamente alla batteria la corrente generata dal pannello.
Per capire questo concetto, occorre innanzitutto specificare che la potenza di un pannello è il risultato della seguente moltiplicazione:
I (Corrente erogata dal pannello) x V (Tensione generata dal pannello)
La tensione di lavoro generata dal pannello è tipicamente intorno ai 16V-18V (non 12V, come la tensione di batteria). Il surplus di tensione evidenziato non viene considerato nei regolatori di tensione tradizionali mentre nei regolatori MMPT sì: vediamo come.
Ipotizziamo che la corrente generata da un pannello fotovoltaico sia, in una certa situazione, 3A: con un regolatore PWM tradizionale la corrente che viene trasferita alla batteria per la ricarica è pari a 3A.
Un regolatore MPPT analizza invece la potenza generata dal pannello (P = V x I, come detto prima), e considera quindi anche la tensione del pannello: se pertanto supponiamo che la tensione del pannello sia in quel momento 17V la potenza erogata dal pannello è 17V x 3A= 51W
Se la tensione di batteria è di 13V, considerando la massima potenza di 51W, la corrente di carica che verrà trasmessa alla batteria, è 51W/13V= 3,9 A.
Notiamo quindi che la batteria sarà caricata con una corrente pari a 3,9A con il regolatore MPPT, anziché 3A con un regolatore tradizionale, e la ricarica avverrà pertanto con una rapidità maggiore del 30%, a parità di pannello e di corrente erogata.
In pratica è come se utilizzassimo un pannello da 130W anziché uno da 100W, quindi il maggior costo di un regolatore MPPT viene bilanciato dal risparmio sul costo del pannello.
2) Ampio range di tensione in input
Fino a 100V, secondo i modelli: questa caratteristica genera ad esempio la possibilità di caricare una batteria 12V con un pannello progettato per lavorare a 24V, senza perdita di potenza. Riprendendo l’esempio di prima ipotizziamo di usare un pannello progettato per lavorare a 24V, che ha valori di tensione di lavoro tipici di 32V-36V (valore tipico per potenza pannello superiore a 160W). Vediamo che cosa accade con corrente erogata di 3A:
– la potenza erogata dal pannello è 32,2V x 3A=96,6W
– la corrente di carica della batteria corrispondente ad esempio a 12,1V di tensione della batteria è 96,6W/12,1V= 7,98 A
Notiamo come, con una corrente di 3A prodotta dal pannello a 34V, sia possibile caricare la batteria 12V con circa 8A, grazie al lavoro del regolatore MPPT. Un regolatore classico PWM non avrebbe effettuato questo innalzamento di corrente limitandosi a trasferire i 3A generati dal pannello, il quale si sarebbe comportato come un pannello di metà potenza. Anche in questo caso il maggior costo del regolatore MPPT viene bilanciato dal fatto che un pannello fotovoltaico da 300W sia meno costoso di 2 pannelli da 150W, ma che la corrente di carica alla batteria è la stessa.
Le batterie:
Quando decidiamo di acquistare una ebike, la scelta del tipo di batteria è fondamentale per una resa ottimale del rimorchio. Oggi sono presenti sul mercato principalmente 2 tecnologie adatte:
Batterie al piombo di tipo AGM e GEL
Batterie al Litio: Ioni di Litio, LiFePo4 (litio-Ferro-Fosfato)
Andiamo ad esaminare le performance delle tipologie sopra indicate, che per semplicità chiameremo “Piombo” e “Litio“. 1) Batterie al Piombo o al Litio? La Profondità di scarica Le batterie al Piombo sono scaricabili teoricamente fino all’80% ma, se si vengono scaricate in questa percentuale ogni giorno, la vita utile è molto breve: meno di un anno! Per avere una vita di alcuni anni, nell’uso quotidiano la percentuale di scarica consigliata è del 30% Le batterie al Litio sono scaricabili fino al 100%: dal punto di vista operativo, nell’uso quotidiano mediamente la percentuale di scarica consigliata è dell’80%. Considerando ad esempio una batteria da 100 Ah, la prima osservazione che emerge è che:
da una batteria al Piombo da 10Ah si consiglia di utilizzare ogni giorno 3Ah
da una batteria al Litio da 10Ah si possono utilizzare ogni giorno 8Ah
2) Batterie al Piombo o al Litio? Numero di cicli di scarica Le batterie al Piombo hanno mediamente circa 250 cicli di scarica all’80%, che diventano 1200-2000 se si contiene la scarica al 30%. Le batterie al Litio hanno mediamente una vita di circa 2000 cicli di scarica all’80%, che diventano 6000 se si contiene la scarica al 30%. Cicli di vita e profondità di scarica
Ne deduciamo che:
con una scarica quotidiana all’80%, avremo una durata delle Litio circa 3/4 volte maggiore rispetto alle batterie al Piombo;
con una scarica quotidiana al 30%, la durata delle Litio sarà quasi di 10 volte maggiore rispetto alle batterie al Piombo!
3) Batterie al Piombo o al Litio? Modalità di scarica
Qui subentra un’ulteriore differenza tra batterie al Piombo e batterie al Litio: le batterie al Piombo hanno una decrescita di tensione molto influenzata dal valore della corrente di scarica, mentre le batterie al Litio mantengono una tensione abbastanza costante per quasi tutto il ciclo di scarica.
Si vedano i grafici qui sotto:
nel grafico di sinistra (batterie al Piombo), si nota che quanto più alta è la corrente di scarica (espressa in percentuale della capacità “C”), tanto minore è la capacità della batteria stessa. Ad esempio: una batteria da “10Ah” eroga 10Ah se sottoposta ad una scarica in 20 ore (cioè con corrente di scarica pari a 5A, nel grafico 0,05C). Se varia la corrente di scarica e diventa ad esempio 5A (curva 0,5C) la sua capacità non è più di 10Ah ma scende a 5Ah
Modalità di scarica delle batterie al Piombo
nel grafico di destra (batteria al Litio), invece, si nota che se la batteria viene sottoposta ad una scarica di 5Ah (curva 0,5C) la tensione (V) rimane costante fino quasi al 100% di scarica, quindi eroga effettivamente 10Ah anche con questa corrente.
Modalità di scarica delle batterie al LitioIn ultima analisi da un ciclo di scarica di una batteria al Litio si ricava più energia che da una al Piombo, e questo vantaggio è tanto più evidente quanto più la corrente richiesta dal carico è variabile.
4) Batterie al Piombo o al Litio? Risposta ai picchi di energia
Se una batteria deve alimentare un carico che richiede un’elevata energia (ad esempio un phon o un trapano), la batteria reagisce scendendo istantaneamente di tensione, per poi risalire quando il carico pesante viene spento.
Il calo di tensione delle batterie al Piombo è marcato, e può in alcuni casi scendere al di sotto della soglia di spegnimento dell’inverter oppure della soglia di commutazione sulla rete (se è un impianto ad isola progettato per commutare sulla rete a batterie scariche), generando pertanto spegnimenti e commutazioni indesiderate.
Una batteria al Litio invece ha un minor calo di tensione a parità di picco di energia richiesta, e pertanto il funzionamento del sistema ad accumulo è più stabile ed efficiente.
5) Batterie al Piombo o al Litio? Il prezzo d’acquisto e il costo effettivo
Se consideriamo il prezzo di acquisto, osserviamo che una batteria al Litio, a parità di capacità, oggi costa ca. 3,5 volte di più di una batteria al Piombo.
Alla luce delle caratteristiche finora esaminate, vediamo però qual è il costo effettivo di ogni kWattora nell’arco di vita di una batteria.
Ipotizziamo una batteria da 10Ah e consideriamo i seguenti valori:
Capacità di scarica: 10Ah, uguale per entrambe le batterie
Corrente di scarica: ipotizziamo una corrente costante di 5A per entrambe le batterie, corrispondente a una codifica della batteria C20 (o 0,05C, nella codifica delle batterie al Litio)
Tensione nominale: 12V per le batterie al piombo, 12,8V per le batterie al Litio
Cicli di scarica durante la vita della batteria (ved. tabella qui sotto)
Profondità di scarica: 50% per entrambe le batterie
Coefficiente correttivo: questo valore tiene conto di quanto evidenziato al punto 3, e cioè che le batterie al piombo non mantengono costante l’energia erogata per tutta la durata del ciclo di scarica. Applicheremo orientativamente 0,75 per considerare la diminuzione di energia prodotta dalla batteria al piombo
Ci sono poi ultimi 2 fattori da considerare:
– le batterie al Litio sono più leggere e meno ingombranti: una 10Ah al Piombo pesa 3kg, contro i 1,3 kg della batteria a Litio
– le spese di trasporto e di sostituzione delle batterie. Per ottenere 5000 cicli di vita da batterie al Piombo possiamo dover cambiare 3/4 batterie nel corso degli anni, spendendo quindi costi aggiuntivi di trasporto e di sostituzione.
Batterie al Piombo o al Litio? Conclusioni
Alla luce di quanto sopra, il nostro suggerimento è pertanto:
a favore delle batterie al Litio nei casi di consumi quotidiani parecchio variabili con picchi di potenza
a favore delle batterie al Piombo nei casi in cui l’utilizzo sia saltuario con carichi di bassa potenza di scarica, in quanto il costo più contenuto può risultare un vantaggio determinante
N.B.: L’obiettivo di questa breve presentazione è quello di informare e tracciare linee guida sulla scelta delle batterie più adatte alle proprie esigenze, mostrando aspetti funzionali talvolta poco noti. I valori che abbiamo indicato sono pertanto orientativi: valori precisi possono essere indicati solo a fronte di casi specifici, dove è possibile entrare in maggior dettaglio.
QUANTI CHILOMETRI FA UNA BICI ELETTRICA?
Scopriamo gli aspetti che influenzano la percorrenza massima di una bici elettrica a pedalata assistita e come calcolarla (approssimativamente)..
Al momento di acquistare una bici elettrica a pedalata assistita il primo quesito da affrontare riguarda la sua autonomia percorribile a piena carica in modo da poter scegliere il modello più adatto alle proprie esigenze.
Facciamo un po’ di chiarezza in merito. Le batterie sono come i serbatoi di carburante delle moto. Maggiore è la capacità, maggiore è la quantità di energia che possono contenere e, di conseguenza, maggiore sarà l’autonomia della bici. Prima di fornire una formula approssimativa di calcolo conviene riflettere sui alcuni fattori (uomo-veicolo-ambiente) che influenzano pesantemente l’autonomia, di conseguenza non è facile darne un valore preciso.
CICLISTA
1. Velocità media di crociera [10 ~ 25 km/h]
2. Peso complessivo (bici + ciclista + bagaglio)
3. Frequenza di pedalata [10~110 giri/min]
BICI ELETTRICA
4. Potenza motore: 250W (limite di legge) / 500W / 750W
5. Batteria (Tensione/Capacità): 36V (10Ah ~ 20.4Ah) / 48V (10Ah ~ 20.4Ah)
6. Livello di assistenza: da 1 (livello minimo di assistenza a 5 livello massimo)
7. Tipo di bici e postura:
– Bicicletta da viaggio/MTB sportiva con postura retta*
– Bicicletta Fat-bike
– eMTB
– Bicicletta da città
8. Battistrada:
– Gomme per bicicletta da corsa
– Gomme per bicicletta da città
– Gomme per MTB (Enduro)*
– Gomme per bicicletta Fat-Bike
9. Tipo di cambio: Deragliatore o Cambio nel mozzo*
AMBIENTE
10. Tipo di terreno:
– Piano
– Qualche salita*
– Collinare
– Bassa montagna
– Alta montagna
11. Fondo:
– Prevalentemente ben asfaltato
– Strade in cattive condizioni*
– Ghiaia e sentieri a fondo compatto
– Sentieri a fondo non compatto
– Sentieri di bosco con fondo molle.
12. Condizioni del vento: Assente, leggero*, moderato, forte, burrasca.
13. Temperatura: estiva* o invernale.
14. Frequenza di partenze:
– Giro in bici con poche partenze
– Giro in bici con alcune partenze
– Percorso misto*
– Percorso con frequenti accelerazioni
– Traffico cittadino.
Fonte: bosch-ebike.com
Ovviamente tutte le considerazioni fatte possono essere estesi ad altri veicoli elettrici quali: monopattini, velocipedi, scooter, ecc…
Ad ogni modo, determinare la capacità fisica (Wh) di una batteria è molto semplice, occorre solo moltiplicare il numero di volts (V) per il numero di ampere-ora (Ah).
Wh = V x Ah
Per evitare definitivamente qualsiasi tipo di equivoco, ti forniamo un semplice strumento per determinare l’autonomia minima e massima della batteria, dato che l’autonomia dipende da molti fattori, come:
forza applicata dal conducente nel pedalare (più si pedala, meno batteria si consuma);
tipologia di percorso (piano, ripido, in pendenza);
con o senza interruzioni sul percorso stradale;
peso del conducente;
con o senza bagagli aggiuntivi.
Vediamo dunque come calcolare quanti km percorre una bicicletta elettrica: Motore da 250W: km (min = V x Ah / 20) (max = V x Ah / 10) Motore da 500W: km (min= V x Ah / 25) (max= V x Ah / 15) Motore da 750W: km (min= V x Ah / 30) (max= V x Ah / 20) *Per Km min (si intende Km minimi di percorrenza) e per Km max (si intende Km massimi di percorrenza). Questi due valori sono per identificare una combinazione di fattori che possiamo considerare come: “Condizioni Sfavorevoli” e “Condizioni Favorevoli”. E’ ovvio che queste condizioni posso anche diventare “Pessime” all’aggravarsi delle condizioni, oppure “Eccellenti” in caso contrario. Determinando così un ulteriore diminuzione di Km percorribili con una carica, o un aumento, rispetto al “Range” determinato dalla formula. Ad esempio, un motore da 250W con una batteria da 36V-10Ah avrà un’autonomia massima di circa 36 km mentre una batteria da 36V-13Ah avrà un’autonomia massima di circa 47 km. Ovviamente la formula appena riportata non tiene conto di tutti i suddetti fattori di influenza ma serve solo a calcolare l’autonomia minima garantita dalla batteria …nella realtà farai certamente più chilometri! Ora che sai come calcolare l’autonomia di una bici elettrica non ti resta che scegliere il mezzo che fa per te… Per effettuare un calcolo più dettagliato puoi far riferimento al software di calcolo che trovi sul sito della BOSCH a questo link: https://www.bosch-ebike.com/it/assistenza/assistente-autonomia/
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