Ingresso solare e MPPT: leggere il numero come si deve

Che cosa sta facendo davvero l’MPPT

Un pannello solare non è una batteria. La sua resa dipende da come lo si carica. Se non gli si chiede corrente resta alla sua tensione a vuoto e non eroga niente. Se lo si mette in corto eroga tutta la corrente di cortocircuito a tensione nulla, e di nuovo non eroga niente. Tra questi due estremi c’è un punto di funzionamento in cui il prodotto di tensione e corrente è massimo. È il punto di massima potenza.

Si sposta di continuo. Una luce più intensa alza la corrente quasi proporzionalmente. Un pannello più caldo abbassa la tensione, ed è il motivo per cui un pomeriggio torrido può rendere meno di una mattina limpida e fredda. Nuvole, ombre e sporco lo spostano ancora.

Un regolatore a inseguimento del punto di massima potenza è un convertitore a commutazione con sopra un algoritmo di ricerca. Sposta di poco il punto di lavoro, guarda se la potenza è salita o scesa e continua a cercare, molte volte al secondo. Trovato il punto, converte la tensione che piace al pannello in quella che serve alla batteria, scambiando tensione con corrente in modo da conservare quasi tutta la potenza.

L’alternativa, un regolatore PWM, collega semplicemente il pannello alla batteria e lascia che sia la batteria a trascinare la tensione del pannello al proprio livello. Tutto il margine che stava sopra viene buttato. Ogni unità di questo catalogo usa l’inseguimento, ed è il motivo per cui la potenza di un pannello qui ha un senso approssimativo invece di essere ottimistica di un terzo.

Perché la finestra di tensione conta più dei watt

Un regolatore a inseguimento non è un adattatore universale. Ha un intervallo di tensione di lavoro, ed entrambi gli estremi sono limiti duri.

Sotto il minimo il convertitore non parte. Un singolo pannello piccolo, o un pannello in luce debole, può restare sotto la soglia e non produrre nulla, mentre l’unità segnala zero ingresso e il proprietario pensa a un guasto. È il reclamo più comune su un impianto perfettamente sano.

Sopra il massimo lo stadio di ingresso si trova esposto a una tensione per cui i suoi componenti non sono stati dimensionati. Non è un limite morbido che si limita a sprecare energia.

In mezzo c’è anche un limite di corrente, espresso in ampere. Un’unità può stare comodamente dentro la finestra di tensione e non riuscire comunque a sfruttare tutta la resa dei pannelli, perché è il tetto in ampere a fare da vincolo per primo. Il numero in watt di copertina è il prodotto dei due limiti, e raggiungerlo richiede di essere vicini a entrambi nello stesso momento.

Questo sito pubblica il valore in watt, perché è la cifra che ogni produttore dichiara in una forma confrontabile: 2 600 W per la EcoFlow DELTA Pro 3, 1 000 W per la BLUETTI Elite 200 V2, 100 W per la piccola unità in continua Anker SOLIX C300 DC. La finestra di tensione e di corrente vive nella tabella e nel manuale del produttore, in formati troppo disomogenei per essere confrontati in modo pulito, quindi va controllata lì contro i pannelli che si possiedono, prima di comprare l’una o gli altri. Alcuni modelli non dichiarano nessuna cifra solare: la Jackery Explorer 1000 riporta Non dichiarato qui per questo motivo.

Serie e parallelo, e perché la scelta non è gratis

Collegare i pannelli in serie somma le tensioni mentre la corrente resta quella di un pannello. Collegarli in parallelo somma le correnti mentre la tensione resta quella di un pannello. Sulla carta la potenza totale è la stessa. Quello che cambia è se la combinazione cade dentro la finestra dell’unità.

La serie è di solito la risposta giusta per un regolatore a inseguimento. Tensione più alta a corrente più bassa significa cavo più sottile a parità di perdita, e solleva un gruppo di pannelli piccoli sopra la tensione minima di avvio. Il costo è il comportamento in ombra: in una stringa semplice la corrente è limitata dal pannello peggiore, quindi un’ombra su uno solo può trascinare giù tutta la stringa. I diodi di bypass dentro i pannelli riducono il problema senza eliminarlo.

Il parallelo tiene bassa la tensione e rende locali le perdite da ombreggiamento, cosa che si adatta a un impianto portatile dove un pannello può finire all’ombra di un albero. Il costo è la corrente: cavo più grosso, più perdita sulla distanza e una probabilità molto maggiore di sbattere contro il tetto in ampere dell’unità prima che contro quello in watt.

Non conviene mescolare pannelli di tipo diverso nella stessa stringa senza averci pensato. In serie la corrente disallineata spreca la resa del pannello migliore; in parallelo lo fa la tensione disallineata. Pannelli uguali valgono la fatica di cercarli.

Che cosa succede se si supera la tensione massima

Lo stadio di ingresso vede una tensione oltre il valore nominale dei suoi componenti di commutazione e dei suoi dispositivi di protezione. Nel caso migliore una protezione interviene e l’unità rifiuta di caricare finché l’impianto non viene ricablato. Nel caso realistico si danneggia il regolatore di carica, il che di solito vuol dire danneggiare l’unità, perché il regolatore sta su una scheda al suo interno. Nessuna garanzia prende bene questa cosa, perché la configurazione dell’impianto era una scelta del proprietario.

La trappola è che i pannelli arrivano alla loro tensione più alta esattamente nelle condizioni che sembrano rassicuranti. La tensione a vuoto sale al calare della temperatura della cella, all’incirca di un terzo di punto percentuale per ogni grado sotto le condizioni di riferimento. Una stringa misurata comodamente dentro la finestra in un pomeriggio mite può sforare in una mattina limpida e gelata, nell’istante in cui il sole la colpisce e prima che un carico abbia scaldato i pannelli.

In Italia questo riguarda in modo molto concreto la montagna: una baita a quota, con aria fredda, cielo terso e neve fresca che riflette luce dal basso, è il caso peggiore in assoluto, e capita nelle mattine in cui l’impianto sembrerebbe finalmente lavorare bene. La regola che ne segue è semplice: si dimensiona una stringa in serie sulla tensione a vuoto dei pannelli alla temperatura più bassa che l’impianto vedrà mai, non sulla loro tensione nominale al sole. Va lasciato margine vero rispetto al tetto dell’unità invece di avvicinarcisi. La guida per la baita fuori rete rimette questo ragionamento nel contesto di un impianto intero.

Perché la resa reale arriva di rado alla cifra dichiarata

La potenza di un pannello è misurata in condizioni di prova standard: un irraggiamento definito, uno spettro definito e una temperatura di cella di venticinque gradi. All’aperto quasi ognuna di queste condizioni è peggiore.

• Irraggiamento. La luminosità piena di riferimento arriva solo intorno al mezzogiorno solare in una giornata limpida, con il pannello rivolto perpendicolarmente al sole. Mattina, sera, foschia e nuvole sottili la riducono, e la resa cala quasi di pari passo.
• Temperatura della cella. Un pannello sotto il sole forte lavora ben sopra la temperatura dell’aria, e la resa cala all’incirca di un terzo o mezzo punto percentuale per ogni grado sopra la condizione di prova. Un impianto su un tetto in una giornata di luglio in pianura padana o al sud perde un decimo o più della propria potenza solo per il calore, ed è il motivo per cui la giornata più calda dell’anno non è la più produttiva.
• Angolo. La potenza segue il coseno dell’angolo tra pannello e sole. Un pannello fisso è perpendicolare al sole per una piccola parte della giornata e obliquo per tutto il resto. In inverno, con il sole basso, un’inclinazione ripida recupera molto.
• Sporco, cavo e connettori. Polvere, pollini e deiezioni tolgono qualche punto percentuale, e in molte zone italiane la sabbia sahariana portata dalle piogge di primavera lascia un velo che va lavato via. Un cavo lungo e sottile ad alta corrente ne toglie altri.
• I limiti dell’unità stessa. Vincola quello tra tensione, corrente e watt che si raggiunge per primo. Un impianto cablato per il numero in watt può restare limitato tutto il giorno dal numero in ampere.
• La curva di ricarica. Quando il pacco si avvicina al pieno, il suo regolatore riduce la corrente di proposito. L’ingresso solare cala verso la fine di una carica perché la batteria sta chiedendo meno, non perché sia cambiato il sole.

Un’aspettativa realistica per un impianto fisso ben posizionato resta comodamente sotto il valore di targa nell’arco di una giornata. La capacità va pianificata su quella base, e il tetto solare dell’unità va trattato come il massimo che accetterà, non come quello che riceverà di solito.

Due ingressi non sono sempre due ingressi

Diverse unità di questo catalogo hanno più di una presa solare, e il valore in watt dichiarato è la cifra complessiva, non quella per presa. Ogni presa ha di solito limiti di corrente e di tensione più bassi, e il totale è comunque limitato sotto la somma di quello che due prese potrebbero teoricamente lasciar passare. La Jackery Explorer 1000 v2 dichiara 400 W sui suoi due ingressi, con valori di corrente separati per ciascuno dietro a quel numero.

Dove due ingressi alimentano un solo regolatore, segue una seconda conseguenza: il regolatore trova un unico punto di lavoro per tutto quello che gli è collegato. Due gruppi di pannelli con inclinazioni diverse, o uno in ombra, vengono allora forzati a una tensione di compromesso che non va bene a nessuno dei due. Dove esistono due inseguitori indipendenti il problema sparisce. I produttori non dicono in modo coerente quale delle due architetture hanno costruito, e su un tetto di camper o su un balcone, dove i pannelli finiscono su piani diversi, la differenza si sente.

Un’ultima avvertenza sui tempi di ricarica dichiarati. Alcuni produttori pubblicano un tempo di copertina che mette insieme ingresso di rete e ingresso solare che lavorano contemporaneamente. Questo sito registra sempre la cifra della sola presa di casa, quindi 1,4 ore per la BLUETTI Elite 200 V2 significa dalla presa e basta. Se la cifra di marketing di un produttore sembra imbattibile, conviene controllare se dentro c’è anche il sole.

Che cosa controllare prima di comprare i pannelli

In quest’ordine, perché è l’ordine che tutti sbagliano.

1. La finestra di tensione e il limite di corrente dell’unità, dal suo manuale. Tutto il resto discende da qui.
2. La tensione a vuoto dei propri pannelli alla temperatura più bassa che vedranno, moltiplicata per il numero di pannelli in serie. Deve restare sotto il massimo dell’unità con margine.
3. La tensione di avvio. L’impianto deve superare il minimo anche in luce debole, non solo a mezzogiorno.
4. Connettori e cavo. Un adattatore serve quasi sempre, e le perdite sul cavo ad alta corrente e a distanza sono reali.
5. Il tetto in watt per ultimo, perché è il limite che si ha meno probabilità di raggiungere.

Se lo scopo è ricaricare fuori rete invece che rabboccare, il tetto solare di un’unità come la BLUETTI Apex 300, pari a 2 400 W, è quello che decide se un pacco vuoto può essere riempito dentro una singola buona giornata. Per un uso saltuario, un’unità più piccola e un pannello portatile sono di solito l’acquisto migliore, e la pagina sulla chimica spiega perché lasciarla conservata piena costa pochissimo. Per tradurre tutto questo in ore, il calcolatore di autonomia mostra le ipotesi a schermo.