developed and seo specialist Franco Danese

Batterie a terra, mai più! I consigli del superesperto

Il primo grande evento del VELAFestival: Grandi marinai a confronto: pazzi o eroi?
17 aprile 2016
Mylius 76 FD. In acqua l’italiana che gli stranieri non sanno costruire
18 aprile 2016

Sharing is caring, condividilo con i tuoi amici!

ape
Le barche a vela moderne sono sempre più spesso equipaggiate con strumenti ed accessori che facilitano la navigazione ed aumentano il comfort a bordo, ma che purtroppo consumano molta energia. Da oggi, un vero esperto sul campo e non teorico, Roberto Minoia, ci svela i segreti per rendere più efficiente la produzione energetica di bordo, a partire da quella prodotta dal motore per arrivare sino all’analisi di tutti i sistemi di energia alternativa. Verranno illustrate le principali fonti di energia rinnovabile quali pannelli solari, generatori eolici e idrogeneratori a trascinamento, ma non tralascerà di prendere in considerazione anche alcune tecniche per ottimizzare la ricarica utilizzando l’alternatore del motore entrobordo. L’obiettivo è quello di mettervi in grado di migliorare l’efficienza del vostro impianto elettrico, che vi consenta lunghe navigazioni o soste prolungate in rada senza avere l’assillo di dover effettuare continue ricariche o di dover riparare in porto e attaccarvi alla colonnina dell’elettricità.

LE BATTERIE
Quando la nostra barca è all’ancora in una bellissima rada, oppure è in navigazione a vela, il compito di alimentare le utenze elettriche è affidato alle batterie dei servizi. Queste non sono altro che degli accumulatori di energia elettrica, cioè dei serbatoi che si riempiono di energia durante la fase di ricarica e la rilasciano durante la fase di scarica. Come qualsiasi altro recipiente, anche le batterie hanno una capienza, intesa come la quantità di energia elettrica che possono contenere. La differenza rispetto ad un serbatoio di acqua è che la capienza di una batteria – cioè la sua capacità – invece che in litri si misura in Ampere x ora (Ah). Va da sé che più alto è questo valore, maggiore è la quantità di energia che la batteria riesce a immagazzinare. Ma per quanto grande possa essere la capacità di una batteria, questa non potrà mai essere infinita e pertanto prima o poi saremo costretti a ricaricarla.

batteria-acido-piomboEsistono sul mercato molte tipologie di batterie più o meno adatte al nostro scopo. Si va dalle quelle normalissime comunemente utilizzate nelle automobili, fino ad altre molto più sofisticate (e costose) che promettono prestazioni eccezionali. L’argomento batterie verrà affrontato nel dettaglio in uno dei prossimi articoli. Per ora mi basta che sappiate due cose:

1. Le batterie comunemente utilizzate nelle nostre imbarcazioni non devono mai essere scaricate completamente, pena il danneggiamento irreversibile. Una batteria completamente carica, a riposo – cioè non collegata ad un generatore o ad utenze – ha una tensione di circa 12,8 Volt. Durante la fase di scarica, la tensione scende progressivamente. Quando raggiunge i 10,8 Volt si considera completamente scarica. Se volete prolungare la vita delle vostre batterie evitate di farle scendere sotto i 12 Volt circa.

2. A parità di altre condizioni, per sopportare bene i cicli di carica e scarica una batteria deve avere delle piastre di piombo molto spesse. Quindi, una buona batteria deve pesare molto. Quanto detto vale per tutte le batterie al piombo: sia quelle ad elettrolita liquido, che quelle al gel o AGM. Le batterie al Litio fanno eccezione, ma i loro vantaggi si pagano ancora molto cari!

MISURIAMO I NOSTRI CONSUMI
Il primo passo da fare per capire di quanta autonomia disponiamo consiste nel conoscere il nostro fabbisogno giornaliero di energia. Questa è la parte più tecnica e noiosa, in quanto ci costringe a fare qualche conto, per fortuna molto semplice.

Dobbiamo calcolare quanti Ah consuma ogni utenza nelle 24 ore. Per far ciò è necessario prima di tutto capire quanti Ampere di corrente assorbe quando è in funzione, e quindi moltiplicare questo valore per il tempo di funzionamento nelle 24 ore. Per capire meglio, facciamo l’esempio di un frigorifero a 12 Volt.

Schermata 04-2457494 alle 15.00.37

Quanta energia si consuma normalmente in una giornata di navigazione seguita da notte in rada

Sul libretto di istruzioni leggiamo che il compressore sviluppa una potenza di 60 Watt, ma a noi serve conoscere gli Ampere. Per nostra fortuna, ottenere gli Ampere dai Watt è semplicissimo: basta dividerli per i Volt (nel nostro caso 12). Quindi 60 Watt corrispondono a 60 / 12 = 5 Ampere. Per quanto tempo rimane in funzione il compressore nelle 24 ore? Questo naturalmente dipende da molti fattori, tra cui la temperatura esterna, la coibentazione, la temperatura che impostiamo sul termostato e non ultimo quante volte lo apriamo, ma supponiamo ora che sia in funzione per circa un terzo del tempo (8 ore su 24) e quindi: consumo del frigo in una giornata = 5 Ampere x 8 ore = 40 Ah.

Una volta fatto lo stesso calcolo per tutti gli altri apparati elettrici in funzione (Plotter, Luci varie, pilota automatico, ecc), sommando tutti i valori ottenuti avremo un’indicazione approssimativa del fabbisogno elettrico giornaliero della nostra imbarcazione. Se fate questo esercizio rimarrete stupiti nel notare che ciò che consuma maggiormente non sono, come spesso si tende a credere, i winch elettrici, il salpa ancora o il maceratore elettrico del bagno. Certo, questi motori assorbono potenze molto elevate, in alcuni casi anche superiori a 1000 Watt (è il caso dei salpa ancora più potenti), però vengono utilizzati per tempi così brevi da rendere meno drammatico il loro consumo nelle 24 ore.

Noterete invece che il frigorifero è il vero divoratore di energia (quanto ci costa quel prosecco fresco!), così come le luci di via e quella di fonda in testa d’albero, a meno che non siano a LED. Pensate che una luce di fonda ad incandescenza da 25 Watt (cioè circa 2 Ampere a 12 Volt) in una notte (10 ore) consuma 2 * 10 = 20 Ah. Mica poco!

Come si calcola il consumo di un frigorifero a 12 Volt che ha una potenza di 60 Watt? Ottenere gli Ampere dai Watt è semplicissimo: basta dividerli per i Volt (nel nostro caso 12). Quindi 6o Watt corrispondono a 60/12 = 5 Ampere. Nello schema qui a fianco un comodo promemoria per velocizzare l’equivalenza. W= Watt; A= Ampere; V= Volt.

Come si calcola il consumo di un frigorifero a 12 Volt che ha una potenza di 60 Watt? Ottenere gli Ampere dai Watt è semplicissimo: basta dividerli per i Volt (nel nostro caso 12). Quindi 6o Watt corrispondono a 60/12 = 5 Ampere. Nello schema qui a fianco un comodo promemoria per velocizzare l’equivalenza. W= Watt; A= Ampere; V= Volt.

Avendo la somma di tutti i consumi in Ah e la capacità totale del banco delle batterie servizi, è semplicissimo calcolare in quanto tempo queste si scaricheranno completamente se non collegate ad una fonte di energia. Supponiamo di avere una batteria da 200 Ah e di aver calcolato che i consumi assommino a 100 Ah al giorno. Sareste portati a pensare, visto che la matematica non è un’opinione, che siano necessari due giorni (100 Ah + 100 Ah). In teoria questo calcolo sarebbe corretto, ma la realtà è ben diversa! Infatti, come accennavo prima, le normali batterie al piombo che vengono utilizzate a bordo (siano esse ad elettrolita liquido, AGM o al gel, fa poca differenza) non possono erogare più del 50% della loro capacità nominale, altrimenti rischiano di danneggiarsi irrimediabilmente. Quindi nel nostro esempio, la batteria da 200 Ah sarebbe completamente scarica dopo sole 24 ore di utilizzo, quando la carica residua raggiungerebbe il 50%, cioè 100 Ah.

Per aumentare la nostra autonomia energetica ci sono solo due modi: accrescere la capacità delle batterie installate, oppure collegarle a generatori (caricabatterie, pannelli solari, eolico o quant’altro) che forniscano energia al nostro sistema.Esiste uno strumento che consente di misurare con assoluta precisione il consumo elettrico in un certo periodo di tempo, oltre a fornire altre indicazioni preziose sullo stato di carica delle batterie. Si tratta del Battery Monitor (di cui vi parleremo a breve).

cv-robertoCHI E’ ROBERTO MINOIA
Roberto Minoia nella vita si occupa di progettazione di software, ma appena può si dedica alla navigazione in Tirreno a bordo del suo Dehler 41 CR. La sua passione per la vela e la tecnologia, unita alla propensione per la divulgazione ha portato, nel 2008, alla nascita del Blog Della Vela (www.blogdellavela.it) dove, compatibilmente con il suo tempo libero, scrive articoli tecnici, recensisce prodotti per la nautica che lui stesso utilizza e pubblica i diari delle sue navigazioni.

6 Comments

  1. Davide Perrone ha detto:

    Buongiorno, ho letto con attenzione l’articolo, sono abbonato a questa fantastica rivista. La mia attenzione, essendo uno studente del Politecnico di Torino, Ing. Aerospaziale, è inevitabilmente caduta sull’argomento sistemi di bordo: di un aeromobile? Di un natante? La sostanza non cambia. Il fascino delle cose è paritario. Innanzitutto è un dovere cercare nuove fonti energetiche da sfruttare in maniera green, fuel-free e che magari abbiano una certa affidabilità dato l’ambiente operativo considerato. Nella fattispecie, l’uso di un PV System installato a bordo di una barca a vela può rappresentare un’ottima soluzione a patto che questo vada, come descritto nell’articolo, ad integrare il cosiddetto EPS (Electrical Power System) di bordo. Ci terrei a commentare però, senza essere tedioso e scendere in dettagli nuemrici, che un pannello fotovoltaico ha dei limiti tecnici non trascurabili. Innanzitutto l’efficienza nella conversione per effetto fotovoltaico della cella: dipende dalla tipologia di cella solare adottata. Può variare dal 12% delle commercialissime celle al Si, al 40 % delle migliori celle trijunction presenti sul mercato. I rendimenti dichiarati sono di laboratorio, in condizioni standard (migliore ipotesi di funzionamento). Effettivamente un pannello ha un rendimento mdio del 12-13%. Diffiderei da chi propone, in maniera azzardata, rendimenti di thin-film al 20%. Altro piccolo punto da non trascurare: l’angolo di incidenza della radiazone solare sulla superficie esposta. Una singola cella, sviluppa la massima conversione fotoelettrica solo se la SI incidente è perfettamente perpendicolare ad essa: immaginiamo un pannello su una barca a vela, già sbandata di suo, in un’ora x del giorno. Avremo mai la perfetta normalità della radiazione? La componente normale genera energia, la componente tangenziale è convertita in calore, parte della radiazione è riflessa. Dubito, a meno che non si intervenga con un sistema di pannelli Sun-Tracking: un pò troppo complicato. Ovviamente c’è da considerare l’umidità sui pannelli e l’acqua in goccioline che in mare potrebbe depositarsi sulla superficie. Infine, non meno importante, rimane l’enorme problema dello shadowing: in coperta abbiamo un elevatissima probabilità che i pannelli vengano oscurati dall’ombra dell’albero, delle vele, delle manovre, delle sartie, di antenne ecc.., tutto ciò che è interposto tra la cella ed il Sole. La miglior posizione del pannello sarebbe out board, magari immaginando un sistema di estensione degli stessi.
    L’idea è molto allettante, ma il guadagno in termini energetici, considerata anche la spesa, non mi convince.
    Vi ringrazio molto per l’attenzione e spero che il mio commento sia apprezzato.

  2. Roberto Minoia ha detto:

    Ciao Davide, tutto giusto quello che dici tu, però tralasciando i tecnicismi e i dati teorici, la mia esperienza per il fotovoltaico utilizzato in barca a vela (lo utilizzo da quasi 10 anni) è senza dubbio positivo.
    In estate posso permettermi di stare una settimana in una rada, senza mai accendere il motore per ricaricare le batterie, ed avendo sempre due frigoriferi in funzione che si sa, sulla barca a vela sono importantissimi in quanto forniscono un’abbondante quantità di prosecco ghiacciato senza il quale un velista degno di questo nome non può mai stare!

    • Davide Perrone ha detto:

      Ciao Roberto, si è comunque sempre sorpresi in positivo del fatto che la teoria è la teoria, la pratica e l’esperienza sono altra cosa. E’ chiaro che sulla carta valutiamo i tecnicismi, i dati, i numeri. In barca, come nel tuo caso, si cerca la soluzione concreta e sostanzialmente il risultato: tutto funziona! E allora, brindiamo col prosecco!!!

  3. Giacomo Manzoni ha detto:

    Ciao Roberto e Davide! Avrei delle domande per voi: come funziona l’electric Power system della barca? Nel senso c’è il motore della barca->alternatore->corrente AC->inverter->corrente DC->batterie giusto? Le domande sono: se installo un PV mantengo il set di batterie pre-esistenti e in parallelo alla energia fornita dal motore ho quella dei PV giusto? non aggiungo un altro set di batterie? Le batterie sono sempre 12/24/48 V?
    Poi, per caricare le batterie della barca è sufficiente accendere il motore, qualè il consumo di benzina/diesel per una completa carica? (Per una barca supponiamo di 12-14 mt)
    Grazie mille!
    Giacomo

    • DAVIDE PERRONE ha detto:

      Ciao Giacomo! Tento di rispondere alla tua domanda premettendo che, non avendo dati tecnici sulla tua Battery Bay e consumi esatti del motore, ho ipotizzato e cercato di immaginare una soluzione alle tue esigenze. Un EPS, installato su una imbarcazione da diporto è essenzialmente costituito dagli elementi correttamente elencati da te. Se tu volessi installare un PV, questo fungerà da generatore complementare a quello già esistente, ovvero la battery bay, che è un accumulatore, fatta da N batterie a data tensione e corrente: es. 12V 35Ah (le classiche 12350), e lo collegherai a queste, non direttamente alle utenze. E ciò per due motivi: la potenza elettrica generata in output dal PV (funzione di fattori che ho elencato nel precedente commento) non potrà MAI soddisfare autonomamente la richiesta del tuo apparato. Inoltre, ammesso che tu possa collegare direttamente l’utenza al PV, avrai necessariamente bisogno di un regolatore (shunt-regulator). Quindi PV alla batteria. Piccolo appunto: solitamente sono separate le batterie per utenze di bordo da quella per l’avviamento, dedicata esclusivamente al motore. Il set di batterie può essere da 12V a 35 Ah e forniranno P=12*35=420 Wh/N.
      E’ vero che a ricaricare una batteria serve un generatore ed avviato il motore questo la può ricaricare perchè l’alternatore “gira”. Ma non ne farei un discorso di consumi o meglio, non mi baserei esclusivamente sul motore per ricaricare una batteria. Una batteria 12350, impiega almeno 20h (fino a 36h!, ric. lenta) per ricaricare all’80%. Un VolvoPenta D-20 (Bavaria Cruise 30) Diesel produce 14 kW (19 CV) consumando 4.45 l/h. Se accendo il motore, magari sono in navigazione, e allora contribuisco alla ricarica delle batterie nella misura delle ore di moto. Se volessi ricaricare la batteria dovrei consumare 20*4.45=89 l diesel, cioè appunto il carburante per ben 20 ore di moto continuativo. Conviene accendere il motore esclusivamente per ricaricare la batteria?! Al netto dei conti, a mio parere, sarebbe sprecato quanto sconveniente.

    • Roberto Minoia ha detto:

      Dunque, la mia esperienza in fatto di pannelli fotovoltaici è che il rendimento è di circa 500 Wh al giorno per 100 Watt di potenza nominale del pannello.
      Mi spiego meglio: un pannello da 100 Watt nominali, in una giornata di sole estivo, produce circa 500 Wattora di energia.
      Il che equivale molto approssimativamente ad almeno 2 ore di motore (anche 3).
      Infatti l’alternatore del motore raramente fornisce più di 20 Ampere alle batterie. Questo per una serie di motivi, tra i quali il fatto che le batterie non sono quasi mai completamente scariche, il regolatore di tensione standard dell’alternatore non è certo sofisticato, magari c’è pure un ripartitore di carica a diodi che produce una caduta di tensione, ecc. ecc.
      Volendo affidare all’alternatore un ruolo primario di produzione di energia, le soluzioni esistono. Sul numero di dicembre del GdV (se non ricordo male) è uscito un mio articolo in cui parlavo del “Alternator to Battery Charger”, che è un dispositivo elettronico che massimizza la quantità di corrente inviata dall’alternatore alle batterie, di fatto dimezzando i tempi di ricarica.
      Se vuoi approfondire puoi anche leggere un post sul mio blog:
      http://blog.veleggiando.it/post/ricaricare-piu-velocemente-le-batterie-con-alternatore.aspx

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Le tue informazioni non verrano mai cedute a terzi