FAQ: Perchè un tetto ‘fotovoltaico’ non può alimentare un’auto elettrica

[selidori]

Un mio vecchio articolo: https://problemidiricarica.wordpress.co ... elettrica/

[marco]

E' probabile però che con l'avanzare della tecnologia, così come già avviene ora con le batterie, di anno in anno si aumenterà l'efficienza dei pannelli fotovoltaici e si risolveranno tutte quelle problematiche che ora ne impediscono l'utilizzo sulle auto: si cominciano per esempio a vedere dei prototipi di camper coperti da fotovoltaico, ed avendo essi grandi superfici e stando spesso parcheggiati, un po' di utilità ne trarranno dai pannelli.
Dando tempo al tempo, si cominceranno a vedere anche le auto che seguiranno quella strada: fosse solo 1kWh al giorno, sono sempre 7km percorsi completamente a scrocco

[selidori]

Per carità ci si arriverà, come per le batterie si arriverà a poter far stare 100kWh in una valigetta (o quasi).
Ma i progressi non sono così veloci da poter sperare in tempi brevi (a meno che si scopre qualcosa di completamente nuovo, sempre possibile).

[rob_nosfe]

In particolar modo non son mica tanto sicuro che la tecnologia dei pannelli di oggi non inibisca autonomamente l'assorbimento di corrente se vanno in ombra. Inoltre qualcuno mi faceva notare che non è vero che ci vuole una corrente e tensione costante per caricare le batterie (come ho sempre saputo io e ben vediamo su tutti i nostri caricabatterie) e la prova non è che la frenata rigeneritiva è quando di più scostante c'e'. In effetti è vero... allora chi ha ragione?

Il discorso dei microinverter è connesso al discorso ombre, ma chi ti ha risposto così non ha mai dimensionato un sistema in isola e/o non distingue una corrente continua da una alternata.
La batteria stocca in continua; il pannello genera in continua. Che te ne fai di un inverter? Piuttosto ti mancano un DC/DC converter e un MPPT.
Gli oggetti chiamati "regolatori di carica" svolgono entrambi i compiti, con in più il BMS che per la tua ipotesi non serve.
Parliamo di gingilli da 100 euro, non roba da SpaceX eh... Tipo questo comunissimo esemplare della svizzera Steca.

Tanto per la cronaca, le celle fotovoltaiche sono generatori di corrente quasi puri, quindi a temperature note e controllate l'MPPT non ha molto senso di esistere.
Però nel nostro caso la temperatura di cella sarà molto ballerina e compresa tra "bufera di neve" e "Valle della Morte", quindi l'MPPT è irrinunciabile.

Come regoletta del boyscout considera che la luce (e conseguentemente l'ombra) comanda direttamente la corrente; la temperatura comanda inversamente la tensione.
Ma più precisamente, le celle fotovoltaiche (e di riflesso anche i moduli) erogano sempre una curva caratteristica corrente/tensione a forma di ramo di iperbole.
In base al carico elettrico che imponi la differenza di potenziale si modifica. Oppure da un altro punto di vista, in base alla differenza di potenziale ai due poli il modulo eroga una certa corrente.
Se provi da zero a +infinito sei in grado in ogni momento di disegnare questa curva, quindi di decidere come ti conviene pilotare il modulo.
Il circuito di MPP (che c'è sia a bordo dei regolatori che degli inverter per connessioni alla rete) fa proprio un calcolo del genere di continuo, perché a lui interessa avere il massimo dei watt, poi come il modulo si adoperi per erogarli (alta tensione e bassa corrente o viceversa) non è importante perché ci penserà il DC/DC converter a valle.

Per riesporre il calcolo che hai fatto tu in termini "per addetti ai lavori" io avrei proceduto così:
Quant'è l'irraggiamento istantaneo massimo sulla terra? Risposta: la costante solare pari a 1367 W/mq
Quanta carrozzeria abbiamo disponibile? Dipende dal modello, facciamo finta 1,2 mq sulla cappotta.
Quant'è l'efficienza di un tipico modulo fotovoltaico di gamma alta? Risposta: 22%
1367*1,2*22% = 360 W
Non supererai i 360W neanche per un nanosecondo in tutta la vita dell'auto, ovunque tu vada all'interno dell'atmosfera terrestre.
Quindi la velocità di carica con la solita Leaf di esempio che consuma 166 Wh/km sarà minore o uguale a 360/166 = 2 km/h
BROOM BROOM !!!

[selidori]

Il discorso dei microinverter è connesso al discorso ombre, ma chi ti ha risposto così non ha mai dimensionato un sistema in isola e/o non distingue una corrente continua da una alternata.

No, aspetta mi sto perdendo.
Chi sarebbe "chi mi ha risposto"?
E perchè tiri fuori il discorso AC/DC? Come dici poi tu si è sempre parlato di DC e basta, abbiamo tutto in DC, non serve passare in DC a meno che vogliamo sfruttare il caricatore di bordo (il che renderebbe effettivamente la cosa poco invasiva e reversibile, ma dobbiamo arrivare almeno ai fantomatici 1.2kW!).

La batteria stocca in continua; il pannello genera in continua. Che te ne fai di un inverter? Piuttosto ti mancano un DC/DC converter e un MPPT.
Gli oggetti chiamati "regolatori di carica" svolgono entrambi i compiti, con in più il BMS che per la tua ipotesi non serve..

Ma appunto, dove esce il discorso AC/DC?
Il BMS non ho capito perchè non ci dovrebbe essere.
L'MPPT come dici tu si preoccupa solo di fornire sempre la massima potenza disponibile variando tensioni o correnti a seconda di come sta producendo il pannello. Nel mondo ideale un MPPT non avrebbe senso perchè la produzione energetica è sempre una corrente per una tensione e quindi i due valori inversamente proporzionali sono scambiabili a parità di risultato ma nella realtà sappiamo non è così facile.
Ma qua siamo parlando di produzione, di qualcosa che c'e' prima e che arriva alla batteria dell'auto che quindi deve avere il suo BMS. Detto in altra maniera: il bms ci vuole perchè controlla la batteria e non solo a quanto e come la carichi ma anche una sarie di parametri (in tempo reale come le temperature delle celle) o storici (cicli di carica/Scarica, scariche profonde pericolosamente raggiunte, ultimi reset di SOC maggiori o minori, studio probabilistico SOH, ecc) che ovviamente ci vogliono sempre. Infatti il BMS va sempre, anche quando carichi da una fonte di energia super sicura come un impianto ben fatto.

Forse intendi dire che scavalchi il BMS e ti connetti diretto in DC alle batterie?
Be', rischioso. Appunto chi controlla se siamo in zona sovraccarico? e le temperature? e la vita delle celle con la loro storia?
Forse col piombo si faceva questo giochino misurando semplicemente la tensione totale, ma con le litio e simili bisogna continuamente osservarle!

Come regoletta del boyscout considera che la luce (e conseguentemente l'ombra) comanda direttamente la corrente; la temperatura comanda inversamente la tensione.

Bella questa regoletta. Mo' me la imparo a memoria!

Ma più precisamente, le celle fotovoltaiche (e di riflesso anche i moduli) erogano sempre una curva caratteristica corrente/tensione a forma di ramo di iperbole.

Sa un po' di supercazzola... Scherzo.
Esiste qualche simulatore online che ci metti un po' di parametri in input e ti disegna questa curva?
Però RAMO DI IPERBOLE va un po' oltre le mia capacità di immaginazione geometrica....ehm...

Non supererai i 360W neanche per un nanosecondo in tutta la vita dell'auto, ovunque tu vada all'interno dell'atmosfera terrestre.
Quindi la velocità di carica con la solita Leaf di esempio che consuma 166 Wh/km sarà minore o uguale a 360/166 = 2 km/h

Mi sembra pure ottimistico. Averceli qualche km gratis al giorno!
Una cosa che tu non hai considerato sopra è quanta tensione ci vuole per caricare una cella.
Come detto io sapevo almeno il +10% del valore nominale.
Questo vuol dire che se parliamo di singoli moduli che sono di solito da 3.5v, dobbiamo avere una tensione di almeno 3.85V. Bello, ma è una sola cella. Se ho capito bene i pannelli fotovoltaici producono dai 12 ai 18 volt, la corrente è ovviamente il valore variabile. Con i MPPT, appunto, immagino tu potrai dirgli di abbassare la tensione a 3.85V e di conseguenza la corrente aumenterà visto il wattaggio prodotto dal pannello è il risultato del calcolo fra le due grandezze inversamente proporzionali.
Bello. Sembra bello, le correnti che sono una miseria aumentano. Ma è SOLO UNA CELLA. Se ne abbiamo una ventina ecco che dividiamo la corrente per 20. Eggià, prima legge della fisica. Non ci inventiamo niente.
Forse l'approccio potrebbe essere allora quello di Toyota Prius PHEV che non carica direttamente il pacco di trazione ma un buffer che quando pieno travasa equamente nella batteria di trazione. Noi potremmo fare lo stesso caricando una sola cella, quando carica la scarichiamo su tutte le altre che così aumenteranno un po'. Belli i travasi con le goccioline in perdita che rimangono negli imbuti! E bello il tempo richiesto per fare questo lavoro per un minimo di guadagno energetico (senza considerare che se prendi la macchina al momento sbagliato ti trovi la cella1 carica al 100% e le altre con valore diverso).
No, non mi sembra una buona idea.
Ed allora facciamo il contrario: eleviamo la tensione del pannello (diciamo 12V) da mettere all'ingresso di tutta la batteria: 80Volt (3.85vx20celle+arrotondamento). Ma siamo sempre lì: avendo i W stabili e quelli prodotti dal pannello (stabili si fa per dire, quando parliamo di insolazione...) se aumentiamo la tensione uccidiamo la corrente. Ammesso sia ancora abbastanza FORTE da vincere la resistenza dei cavi conduttori, quante gocce mettiamo nelle batterie?

Non se ne esce, non se ne esce...

Tutto questo però è per chiedersi... ma come carichiamo le batterie? Conviene tampone e poi travaso (tecnica Toyota), singola cella e poi bilanciamento o poco per tutti ma costante? Gli MPPT possono fare ciò? Cioè scegliere la tensione di uscita?

[rob_nosfe]

Gli oggetti chiamati "regolatori di carica" svolgono entrambi i compiti, con in più il BMS che per la tua ipotesi non serve.

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Con "il BMS non serve" intendo dire che non serve perché c'è già nell'auto. Non ne serve un altro.
Il discorso inverter esce perché sul tuo blog chiedevi lumi su un tipo che ti aveva detto che coi microinverter risolvevi tutto. Con "microinverter" si intende un esemplare < 1 kVA, e tipicamente uno per ogni modulo commerciale (250/300 Wp).
Siamo già a potenze inarrivabili per il nostro tettuccio fotovoltaico.

le celle fotovoltaiche (e di riflesso anche i moduli) erogano sempre una curva caratteristica corrente/tensione a forma di ramo di iperbole.

La curva caratteristica la trovi in una qualunque scheda tecnica di un modulo fotovoltaico commerciale. Eccone uno a caso.
Volevo evidenziare solo che dire che "un modulo è a 24V" è una iper-semplificazione, perché non ha una tensione univoca o nominale come nelle batterie. Anche in condizioni di laboratorio (1000 W/mq @ 25°C AM 1,5) la sua tensione di esercizio dipende dal carico elettrico che gli opponi.
Quando senti dire che un modulo è "in configurazione 24V" vuol semplicemente dire che se gli imponi questa differenza di potenziale più o meno caschi giusto sul suo punto di MPPT, che sulla curva caratteristica corrisponde al gomito.
Nella nostra ipotesi di cappotta dell'auto le temperature sono troppo disomogenee per pensare a questo funzionamento. Ci vorrebbe un MPPT e allora tanto vale farsi domande sulla tensione di esercizio. Si arrangia il regolatore di carica.

Non supererai i 360W neanche per un nanosecondo in tutta la vita dell'auto, ovunque tu vada all'interno dell'atmosfera terrestre.
Quindi la velocità di carica con la solita Leaf di esempio che consuma 166 Wh/km sarà minore o uguale a 360/166 = 2 km/h

Mi sembra pure ottimistico. Averceli qualche km gratis al giorno!

Ci sono tantissimi database gratuiti online che ti dicono quante ore equivalenti annue avresti su una determinata posizione del pianeta, dato NON in watt ma chiaramente in kWh.
I miei 360W erano solo l'inizio di un calcolo che non aveva neanche senso proseguire perché neanche a mezzogiorno del solstizio d'estate, col cielo terso e in cima all'Everest avresti più di 360W.

Una cosa che tu non hai considerato sopra è quanta tensione ci vuole per caricare una cella.
Come detto io sapevo almeno il +10% del valore nominale.

Hai ragione, non ho neanche affrontato il problema. Si arrangi il caricabatterie dell'auto.
Se ho 5A @ 14V il DC/DC converter mi farà da step-up o step-down, o vedrà lui il lavoro che c'è da fare. Chiaramente se devo caricare una batteria a 24V me ne servono minimo 27 o 28: i miei 5A diventeranno 2,5 o addirittura meno. Ma ripeto: per il discorso del FV è ininfluente.

Occhio che quando io ho parlato di "cella" ho sempre inteso fotovoltaica, così come "modulo".
Poi anche nel mondo degli accumulatori ci sono celle e moduli (pod).

[LucaCassioli]

I pannelli solari dei camper servono ad alimentare i servizi: televisione, luci, ventole di aerazione. Non bastano neanche per eventuali fornelli elettrici o aria condizionata.
Anche se si dovesse mai raggiungere un'efficienza del 100% per i pannelli solari (cosa che peraltro è fisicamente impossibile), su un'auto non ci saranno mai più di 2 metri quadri disponibili (a dire tanto), che significherebbe, considerando l'irradiazione solare italiana media di 1 kW/m2, a un impianto da 2kWp, che potrebbe produrre al massimo 8 kWh, per un'autonomia di 50 km.

Le auto sperimentali che annualmente in australia fanno a gara a chi fa più chilometri col sole, non consumano quanto un'auto (150 Wh/km) ma forse poco più di una bici, diciamo 20 Wh/km, perchè sono monoposto, ultraleggere e superaerodinamiche.