Provato per voi: PRM330 di CBE, regolatore di carica con tecnologia MPPT
Abbiamo eseguito un approfondito test strumentale per verificare il reale guadagno di potenza del regolatore MPPT rispetto ai tradizionali regolatori PWM. Inoltre, si possono collegare i moduli fotovoltaici in serie? Con il PRM330 sì! Ecco tutti i risultati del test
di Lorenzo Gnaccarini
Sempre più spesso si sente parlare di regolatori di carica di tipo MPPT che ci vengono proposti come più efficienti di quelli con tecnologia PWM, che da diversi anni vengono installati sul camper per convertire la potenza prodotta dai moduli fotovoltaici in una potenza che possa essere trasferita alle batterie per caricarle correttamente.
Allora ci siamo posti una domanda: ma questi regolatori MPPT sono veramente più efficienti di quelli "di precedente generazione"?
Teoricamente si, come vi abbiamo già spiegato molto approfonditamente quando vi abbiamo presentato i nuovi regolatori di carica PRM330 di CBE, dotati di tecnologia MPPT - approfondisci
Abbiamo quindi deciso di testare il regolatore PRM330 di CBE per verificare l'effettivo guadagno di potenza rispetto ai regolatori di carica PWM.
Ecco il video del test completo
Ora inizia la parte molto tecnica del test, nella quale descriviamo come sono state effettuate le prove e spieghiamo i risultati ottenuti. Siamo certi che agli appassionati di elettrotecnica piacerà molto la parte che segue, ma siamo convinti che piacerà anche a coloro che vogliono approfondire come funziona un sistema fotovoltaico del camper. Per chi, invece, vuole conoscere subito le nostre impressioni, può andare direttamente alle conclusioni.
Il sistema fotovoltaico del test
Per ottenere dei risultati sufficientemente confrontabili, abbiamo deciso di effettuare il test del regolatore di carica PRM330 utilizzando due nuovi moduli fotovoltaici policristallini MF100 di CBE, identici da 100 W ciascuno.
Abbiamo scelto anche i nuovi supporti KFPN sempre di CBE, realizzati in un unico pezzo di alluminio, così da rendere l'installazione molto più semplice rispetto ad altri supporti. Infatti, per il montaggio dei supporti sul modulo è sufficiente appoggiare il supporto alla cornice del modulo fotovoltaico, eseguire i due prefori di montaggio e poi avvitare le due viti. Questi supporti sono aerodinamici ed eleganti e rimarranno nel tempo perfetti, come nuovi.
I due moduli fotovoltaici sono stati incollati sul tetto del nostro camper utilizzando un adesivo sigillante strutturale a base polimero MS, che mantiene una certa elasticità e ha una elevata forza adesiva, oltre ad essere resistenze ai raggi UV e all'acqua.
I moduli fotovoltaici sono stati cablati utilizzando cavi rossi e neri di sezione 6 mmq, specifici per moduli fotovoltaici, e fatti entrare all'interno del camper attraverso un apposito passacavo che nel nostro mezzo era già montato sul tetto. per poter staccare molto facilmente e rapidamente la connessione del regolatore ai moduli, abbiamo chiesto di utilizzare gli appositi connettori che vengono utilizzati nei sistemi residenziali, perché a noi piace poter avere la possibilità di scollegare i moduli velocemente senza dover utilizzare attrezzi o aprire il regolatore o la canalina cavi.
Il regolatore è stato montato a parete, vicino al tetto. Le istruzioni raccomandano di osservare una certa distanza tra il regolatore e le pareti e il tetto e, soprattutto, la distanza frontale di 200 mm, perché questo regolatore è dotato di una ventola di raffreddamento che viene azionata automaticamente nel caso in cui il regolatore si scaldi troppo. La ventola ha un numero di giri variabile in funzione della temperatura da dissipare, così da poter garantire la massima silenziosità possibile in quei brevi momenti in cui si accende.
Il regolatore è stato collegato alla batteria mediante due cavi rosso e nero ciascuno da 10 mmq di sezione per ridurre al minimo la caduta di tensione così da far giungere alle batterie la massima potenza prodotta dai moduli senza perdite. Sul cavo rosso è stato montato un fusibile di protezione da 50 A e installato poco prima del collegamento allo scambiatore batterie BDS180 di CBE (ecco il nostro test di questo dispositivo), apparecchio che gestisce in maniera automatica la connessione del sistema elettrico alle due batterie servizi del nostro camper.
L'installazione è stata eseguita ovviamente rispettando tutte le raccomandazioni indicate nel manuale del regolatore di carica PRM330, perché bisogna evitare di sottovalutare la pericolosità di un impianto elettrico non conforme sul camper, trascuratezza che molto spesso è la causa di incendi per cortocircuiti.
Condizioni del test
L'impianto è stato installato in aprile ed è stato continuamente utilizzato. Il test è stato effettuato il 9 luglio 2021: una giornata limpidissima, con un sole splendido, senza umidità nell'aria che potesse generare offuscamento del sole. Situazione ideale per il nostro test.
Sappiamo che con il sole verticale delle 13,00 bene o male tutti i regolatori rendono il massimo e le differenze tra loro sono minime. Ma noi volevamo mettere a dura prova il regolatore di carica PRM330 e i due moduli fotovoltaici policristallini, quindi, abbiamo scelto di effettuare il test alle 9,00 di mattina, con il sole inclinato rispetto ai moduli fotovoltaici, così da avvicinarsi maggiormente ad un tipo di insolazione di pieno giorno autunnale o invernale, e rilevare il comportamento del sistema con il sole obliquo sull'orizzonte, che è una condizione abbastanza critica per i sistemi fotovoltaici. Il test è durato un'ora e riteniamo che i dati rilevati possano essere comparati per capire l'effettivo rendimento del regolatore MPPT nelle varie condizioni di utilizzo.
Considerando che il camper è tenuto all'aperto, le batterie sono sempre cariche al 100%. Per effettuare la prova, quella mattina abbiamo commutato lo scambiatore BDS180 manualmente sulla batteria 2 ed abbiamo provveduto a scaricarla collegando una resistenza da 200W per circa 2 ore, che con i suoi quasi 15 A di assorbimento, ha scaricato una buona parte dell'energia di quella batteria.
Lo strumento di misura utilizzato è una pinza amperometrica idonea per rilevare i valori delle tensioni e delle correnti continue dei cavi e ad ogni test, il regolatore è stato sempre scollegato dalle alimentazioni così da azzerare ogni volta il firmware. Il procedimento che abbiamo seguito per tutti i test è il seguente:
- regolatore scollegato dalla batteria e dai moduli fotovoltaici
- collegamento regolatore a batteria (stessa situazione che si ha nella realtà di notte, quando i moduli fotovoltaici non producono potenza)
- collegamento dei moduli fotovoltaici
- al termine delle misurazioni, scollegamento dei moduli fotovoltaici e successivamente, scollegamento del regolatore dalla batteria
1° test: 2 moduli fotovoltaici collegati in PARALLELO al regolatore PRM330 tecnologia MPPT
Ore 8,49 iniziamo il primo test del sistema fotovoltaico: connessione dei due moduli fotovoltaici in parallelo, collegando ciascun modulo al regolatore PRM330 con tecnologia MPPT, utilizzando i due ingressi indipendenti.
Una volta collegato il regolatore alla batteria e successivamente collegati i due moduli fotovoltaici, abbiamo rilevato i seguenti dati.
TABELLA 1° TEST
La prima cosa che salta agli occhi è che sommando le due potenze dei due moduli (39,747 + 39,945 = 79,692 W) si ottiene una potenza che è leggermente inferiore a quella in uscita di 80,031 W. Molto probabilmente, avendo misurato la corrente in uscita dopo alcuni minuti, il sole è diventato più incisivo sui moduli e sicuramente la potenza prodotta è leggermente aumentata.
Comunque, al di là di questo aspetto, quello che si può notare è che il regolatore MPPT ha fatto lavorare i moduli alla massima potenza. Infatti, questi moduli producono la massima potenza nominale a 18,40 V. Il regolatore ha, quindi trasferito la massima potenza in uscita abbassando la tensione di 17,51 V a 12,95, con il conseguente aumento della corrente (che era 2,27 + 2,28 = 4,55 A) a 6,18 A. Questo lavoro è tipico del regolatore MPPT. Capirete il grande vantaggio di questa tecnologia nel prossimo test, osservando come si è comportato un regolatore di precedente tecnologia PWM.
2° test: 2 moduli fotovoltaici collegati in PARALLELO al regolatore PRS240 tecnologia PWM
Ore 9,09 iniziamo il secondo test del sistema fotovoltaico: connessione dei due moduli fotovoltaici in parallelo, collegando ciascun modulo al regolatore PRS240 con tecnologia PWM, utilizzando i due ingressi indipendenti.
Una volta collegato il regolatore alla batteria e successivamente collegati i due moduli fotovoltaici, abbiamo rilevato i seguenti dati.
TABELLA 2° TEST
Il regolatore di precedente tecnologia PWM lavora in maniera differente rispetto al regolatore MPPT: somma le correnti in ingresso dei due moduli (2,86 + 2,77 = 5,63 A) e la trasferisce alle batterie, naturalmente con una leggera perdita (5,52 A).
Infatti, si può osservare che la corrente erogata dai due moduli è superiore rispetto a quella del regolatore MPPT testato circa 20 minuti prima di questo regolatore, ma si nota altrettanto bene che le tensioni dei moduli collegati al regolatore PWM sono notevolmente più basse (12,90 V) rispetto a quelle con il collegamento al regolatore MPPT (17,51 V). Questo perché il regolatore PWM lavora sulla corrente massima che riceve dai moduli, i quali essendo generatori di corrente abbassano al livello della tensione della batteria.
In questo modo i moduli fotovoltaici non vengono sfruttati al 100% e lo si capisce confrontando i dati della potenza rilevati poco tempo prima dal test del regolatore MPPT. I moduli collegati al regolatore MPPT producevano circa 80 W e alla batteria venivano trasferiti proprio circa 80 W, mentre con il regolatore PWM i watt prodotti dai moduli fotovoltaici erano circa 72 W e di questi 70 W venivano trasferiti alla batteria.
Con questi dati, possiamo affermare che il regolatore MPPT produce almeno il 13% in più di potenza rispetto al regolatore PWM, nonostante il test del MPPT sia stato eseguito circa 20 minuti prima del PWM, con il sole più inclinato e meno diretto.
3° test: 2 moduli fotovoltaici collegati nuovamente in PARALLELO al regolatore PRM330 tecnologia MPPT
Ore 9,21 abbiamo subito rieseguito il test del collegamento dei due moduli fotovoltaici in parallelo, collegando ciascun modulo al regolatore PRM330 con tecnologia MPPT, utilizzando i due ingressi indipendenti, per verificare la potenza in uscita in un orario molto più ravvicinato al test del regolatore PWM rispetto al primo test, così da avere due test abbastanza confrontabili.
Una volta collegato il regolatore alla batteria e successivamente collegati i due moduli fotovoltaici, abbiamo rilevato i seguenti dati.
TABELLA 3° TEST
Dobbiamo ammettere che anche noi siamo rimasti strabiliati dalla potenza in uscita rilevata in questo terzo test del regolatore MPPT: ben 91,519 W a soli 11 minuti di distanza dal precedente test del regolatore PWM la cui produzione di potenza era di 70,380 W. Ciò significa che il regolatore MPPT, collegato agli stessi moduli fotovoltaici e allo stesso cablaggio, produce il 23 % in più di potenza!
Anche in questo caso, la caratteristica più evidente è la tensione dei due moduli: 17,45 V e facciamo anche notare che la corrente erogata dai due moduli era inferiore rispetto alla corrente erogata dai moduli collegati al precedente regolatore PWM. Ma il regolatore MPPT cerca il punto di massima potenza dei moduli, quindi sceglie il rapporto tensione/corrente dei moduli più alto, così da poter utilizzare la massima potenza possibile e trasferirla alle batterie.
4° test: 2 moduli fotovoltaici collegati in SERIE al regolatore PRM330 tecnologia MPPT
Ore 9,40 a questo punto abbiamo voluto testare il collegamento in SERIE dei moduli fotovoltaici al regolatore. Dal manuale abbiamo visto che, in caso di moduli perfettamente identici, è possibile collegarli in SERIE al regolatore e i tecnici CBE ci hanno detto che il quel caso il regolatore PWR330 potrebbe lavorare anche meglio rispetto al collegamento in parallelo.
Quindi, abbiamo eseguito il collegamento in serie dei due moduli: abbiamo collegato il cavo negativo del primo modulo al regolatore, poi abbiamo collegato il cavo positivo del secondo modulo al regolatore e collegato il positivo del primo modulo al negativo del secondo modulo. In questo modo per il regolatore è come se avessimo collegato un grande modulo fotovoltaico che lavora con una tensione molto alta, ossia la somma delle due singole tensioni dei due moduli.
TABELLA 4° TEST
Sono trascorsi solo 20 minuti dal precedente test e già si ha un notevole incremento della produzione di energia. Non sappiamo se questo aumento sia dovuto alla maggior verticalità del sole oppure se il collegamento in serie sia più efficiente, però sicuramente è un collegamento che con il PRM330 si può eseguire e che ha alcuni vantaggi.
Il collegamento in serie ha un primo grande vantaggio: meno dispersione di energia, perché la tensione nei cavi di collegamento è più alta e ciò riduce la dispersione di energia rispetto a cavi attraversati da alte correnti e basse tensioni.
Un altro grande vantaggio è che la tensione che arriva al regolatore è la somma delle due tensioni dei singoli moduli. In caso di basso irraggiamento i moduli potrebbero produrre una potenza ad una tensione che potrebbe essere troppo bassa per essere elaborata dal regolatore. Ad esempio, se la giornata è invernale e nuvolosa, molto probabilmente i moduli fotovoltaici non riescono a superare la soglia dei 12 V, quindi il regolatore non riesce a lavorare la potenza che gli arriva dai moduli proprio perché è arrivata con una bassa tensione. Se i due moduli vengono collegati in SERIE, le tensioni si sommano (12 + 12 = 24 V), quindi anche una piccola potenza può essere trasformata in potenza di carica per le batterie.
In caso di installazione di moduli fotovoltaici identici da collegare in serie, vi consigliamo di montarli sul tetto del camper in posizioni molto vicine tra loro, perché con il collegamento in serie, se uno dei due moduli venisse parzialmente o interamente ombreggiato da un albero, la corrente di questo si ridurrebbe e nello stesso modo anche l'altro modulo, anche se perfettamente esposto al sole, si porterebbe alla stessa corrente. Infatti, il collegamento in serie unisce i due moduli in uno solo e basta che una sola cella venga oscurata per ridurre l’energia del sistema. Ecco perché è meglio montarli molto vicini in caso di collegamento in serie, proprio perché è difficile che uno dei due moduli possa essere oscurato e l'altro no. Nel caso in cui i due moduli identici siano posti uno sulla coda del camper e l'altro sulla parte anteriore, quindi molto distanti tra loro, è fortemente sconsigliabile collegarli in serie proprio perché è molto facile che il camper possa avere una delle due estremità coperte dal sole, come parcheggiare il camper sotto un albero: o la coda o il frontale rimarrà molto probabilmente al sole, quindi solo se sono collegati in parallelo, uno dei due moduli potrebbe continuare a funzionare e a produrre potenza.
Le nostre conclusioni
Con questi test abbiamo capito la differenza abissale tra i regolatori di precedente tecnologia PWM rispetto ai regolatori di nuova tecnologia MPPT: a parità di moduli fotovoltaici e impianto, la sola sostituzione del regolatore da PWM a MPPT può portare ad un aumento della produzione di energia del 15-20 % complessiva nell'arco della giornata e, grazie alla tecnologia MPPT, il sistema fotovoltaico sarà molto più efficiente anche durante il periodo invernale, soprattutto se si possiedono due moduli fotovoltaici identici da poterli collegare in serie con il regolatore di carica PRM330 di CBE.
Già soltanto questa differenza vale il costo superiore di un regolatore MPPT rispetto ad uno PWM, perché avere un apparato che possa trasformare e mettere a disposizione tutta la potenza ottenibile dai moduli fotovoltaici, senza sprechi, è sicuramente molto utile soprattutto in inverno e durante le mezze stagioni.
In questi tre mesi di utilizzo del regolatore PRM330 siamo più che soddisfatti e non abbiamo mai avuto carenza di energia elettrica, considerando che noi il camper lo usiamo come una casa, come un ufficio, abbiamo il frigorifero a compressore acceso 24/24, usiamo computer, luci, carichiamo cellulari, utilizziamo elettrodomestici, ecc...
Per quanto riguarda la ventola, questa si è accesa pochissime volte, sporadicamente in alcune giornate estive nelle ore centrali, con le batterie mezze scariche e il camper "arroventato": in quei casi, la ventola si accendeva ad intermittenza e secondo noi la velocità era minima (la velocità è a variazione continua da 0 al massimo dei giri), appena un debole ronzio appena percettibile. Erano comunque orari in cui il debole rumore non ci ha mai disturbato anzi, abbiamo notato che era più silenziosa del piacevole rumore del fruscio del vento che attraversa i rami di un albero.
Dopo questo test, possiamo affermare la conferma della nostra massima soddisfazione nel PRM330 di CBE e lo consigliamo a coloro che vogliono sfruttare ogni watt che viene prodotto dai propri moduli fotovoltaici, watt che con un regolatore di carica di tecnologia PWM vengono in parte sprecati.
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