Come realizzare un Impianto Fotovoltaico fai da te a 12V con due batterie al litio LiFePO4 ed inverter da 3000W per Camper, Van o Baita

In questi anni ci avete spesso chiesto se vi potevamo aiutare a realizzare l'impianto elettrico e fotovoltaico del vostro camper.
Purtroppo, avendo due lavori a tempo pieno e viaggiando spesso in van, non abbiamo il tempo di fare delle consulenze personalizzate.

Abbiamo però pensato di creare una serie di piccoli tutorial, per creare differenti tipologie di impianto, con tanto di schemi elettrici e materiali, sperando che questo vi possa essere di aiuto.

In questa guida vi spiegheremo come realizzare un impianto fotovoltaico ad isola completo, a 12V, con 2 batterie al litio LiFePO4 e un inverter da 3000W, con un budget di spesa medio.
Questo potrebbe essere adatto sia in van o camper, ma anche per una installazione in una baita o casetta off-grid.

N.B.: questo tutorial è puramente indicativo. Vengono proposti e segnalati dei componenti di esempio e mostrata una possibile tipologia di installazione. Non vengono appositamente specificati gli spessori dei cavi e tutti i tagli di fusibili e protezioni, che devono essere dimensionati correttamente in base alla lunghezza dei cavi stessi e dei prodotti effettivamente installati. Con la corrente non si scherza, quindi in caso non si abbiano conoscenze sufficienti, meglio affidarsi a professionisti.

Quali componenti di base scegliere?

Come regolatore di carica e shunt, abbiamo deciso di selezionare dei prodotti della Victron Energy, che presentano una componentistica di prima qualità e che hanno una comoda configurazione via bluetooth tramite una app davvero ben fatta.

Visto che il tutorial è rivolto anche a chi non ha molta esperienza in faidate ed elettronica, abbiamo pensato di utilizzare delle batterie LiFePO4 commerciali di buona fascia, della Redodo, che tutti possono semplicemente acquistare online.

Per quanto riguarda l'inverter, visto il costo elevato dei Victron Energy, optiamo per una valida alternativa, un inverter a Onda Pura toroidale della Vevor da 3000W soprannominato "giallone" :D

Qui di seguito in dettaglio spieghiamo tutti i componenti scelti.

Pannelli Solari

In questo tutorial abbiamo scelto un modello di pannello solare a 12V nominali, di buona fattura, economico, acquistabile su Amazon e con delle misure da tali da adattarsi a qualsiasi tetto.

Si tratta del pannello fotovoltaico da 170W della Eco-Worthy:
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Per chi necessitasse di più potenza c'è il kit da 2 scontato:
https://amzn.to/3Wb67VL

Il 170W ha una tensione a circuito aperto (Voc) di 23V ed una corrente di cortocircuito (Isc) di 9.39A.

Ci teniamo a precisare che non siamo sponsorizzati da Eco-Worthy, e che se avete lo spazio, potrebbe andare bene anche un solo pannello di potenza superiore, tipo da 300W.

Abbiamo scelto questo modello perchè ha delle misure compatte, che si adattano a tutti i tipi di tetto, anche dove sono presenti oblò e condizionatori e dove magari lo spazio a disposizione è suddiviso in due aree.

Regolatore di carica MPPT

Come regolatore di carica MPPT consigliamo vivamente la serie Smart Solar della Victron Energy.
In questo caso prendiamo in considerazione lo Smart Solar 75/15 e lo Smart Solar 100/20.

Ma cosa significano 75/15 e 100/20?

Sono semplicemente i Volt e gli Ampere massimi supportati dal regolatore.
Con il 75/15 vengono supportati massimo 15A a 75V e con il 100/20 20A a 100V, quindi occhio a non superare questi valori, oppure passare ai modelli successivi.

I regolatori hanno poi una potenza fotovoltaica massima erogabile in base alla tensione della batteria collegata, quindi se si collegherà più potenza fotovoltaica, il regolatore semplicemente limiterà l'ingresso di potenza.

Per 1 pannello da 170W è sufficiente lo Smart Solar 75/15 (infatti 75V > 23V e 15V > 9.39A):
https://amzn.to/3z5lVzY

Per 2 pannelli da 170W in parallelo serve lo Smart Solar 100/20 (infatti 100V > 23V e 20V > 18.78A ovvero 9.39A * 2):
https://amzn.to/3zhZ0S5

Noi consigliamo i 2 pannelli solari, da installare in parallelo, con il regolatore 100/20 per avere una potenza totale fotovoltaico di 340W.
Consigliamo il parallelo così se un pannello fosse ombreggiato l'altro continuerà a produrre a pieno carico.
Mentre se fossero messi in serie, il pannello al sole produrrà al massimo quanto il pannello ombreggiato.

Visti i 20 euro di differenza fra i due regolatori, anche per chi si accontenta di un pannello, potrebbe pensare di acquistare il 100/20, così da non doverlo cambiare in ottica di espansione futura.

Al posto che installare i due pannelli in parallelo, ci sarebbe anche la possibilità di acquistare due regolatori separati 75/15 e dedicarne uno ad ogni pannello.
Se si sta realizzando l'impianto in un piccolo van, sconsiglio questa soluzione.
Sicuramente la resa potrebbe essere leggermente maggiore, ma bisogna tenere in considerazione il consumo del secondo regolatore, il suo costo ed il costo del cablaggio supplementare.
Oltre a questo bisogna considerare anche lo spazio occupato dal secondo regolatore con il suo cablaggio e nei van, o mini van come il nostro, dove lo spazio è già risicato, potrebbe non essere semplice posizionarlo.

Batterie al litio

Visto che il tutorial è pensato anche per chi non è super esperto in faidate ed elettronica, abbiamo deciso di selezionare delle batterie al litio commerciali.
Per chi fosse interessato ad auto-costruirsi una batteria al litio partendo dalle celle LiFePO4 ecco il link alla nostra guida.

Dobbiamo dire che ci sono diverse marche valide ed in questo caso abbiamo optato per la marca Redodo.

Abbiamo scelto questa batteria al litio Redodo da 12V e 100 Ah:
https://amzn.to/4cbkPS1
Nel tutorial metteremo in parallelo 2 batterie al litio Redodo da 12V e 100 Ah, che si possono trovare in promozione qui:
https://amzn.to/45HYfOw

Questa batteria è una classica batteria al litio a 12V realizzata con celle prismatiche LiFePO4 e con all'interno un BMS di base.
Ha un voltaggio nominale di 12.8V, una capacità di 100Ah e quindi una energia totale di 1280Wh.
Il datasheet consiglia un voltaggio di carica di 14.4V (+-0.2V) ed una corrente di carica di 20Ah (quindi 0.2C).
Il BMS interno è tarato per una massima corrente continua di carica e scarica di 100A, ed una massima corrente di scarica per 5 secondi di 280A.

La carica è abilitata da 0 a 50°C mentre la scarica da -20 a 60°C.
Ovviamente non consiglio di usarla sottozero, ma di avere un sistema che la mantenga sempre sopra lo 0.
Questo ne garantirà la durata nel tempo.

La batteria ha una protezione IP65 e dimensioni abbastanza compatte: cm 33x17x21 circa.
Sul manuale sono indicati anche i parametri consigliati dal produttore da impostare nel regolatore di carica o nel caricabatterie.
E' inoltre anche indicato il SOC stimato in base al voltaggio, che andrebbe misurato a batteria ferma, senza corrente in entrata o uscita da almeno 30 minuti.

Si possono mettere in serie fino a 4 batterie identiche ed in parallelo sempre massimo 4 batterie identiche.
Questo come dicevamo è il modello base della Redodo.

In caso possiate investire un po' di più è presente anche il modello con controllo tramite bluetooth.
Ecco il link alla batteria Redodo 12V 100 Ah con integrato il BMS con bluetooth 5.0:
https://amzn.to/3xEu2mS

In questo caso sarà possibile accedere al BMS di ogni batteria e per esempio leggere i dati e utilizzarli nel Venus OS di Victron Energy.
Se date un'occhiata in questo articolo spiego come fare.

Ovviamente ci sono anche modelli di capacità superiori.
Ma in questo tutorial prendiamo in considerazione 2 batterie da 100Ah, che sono facilmente installabili nei nostri amati mezzi.
E mettendole in parallelo, in caso di problemi ad una delle 2 batterie non rimarremo a piedi, avendo a disposizione un backup.

Shunt

Apparato più che necessario in un impianto fotovoltaico, a mio parere, è uno shunt.

Lo shunt non è nient'altro che un piccolo apparato che misura l'energia in ingresso ed in uscita.
Dopo averlo configurato ed aver portato una prima volta il banco batterie al 100%, si potrà sempre avere una stima, più o meno esatta, di quanta energia ci resta a disposizione e quanta energia è stata consumata.

Consiglio due prodotti, entrambi della Victron Energy.

Lo SmartShunt da 500A di Victron Energy, monitorabile da App via bluetooth:
https://amzn.to/3V5MUBj

Il Victron Energy BMV-712 Smart, in caso si necessiti di un piccolo schermo o di un Relè programmabile:
https://amzn.to/40g8IOe
Il BMV è essenzialmente uno SmartShunt con in aggiunta: un piccolo schermo rotondo, un allarme sonoro ed un relè programmabile.

In questo tutorial, per ottimizzare i costi, abbiamo scelto lo SmartShunt.

Per monitorare la temperatura delle batterie, serve un piccolo sensore, da utilizzare al posto del cavo rosso presente nello SmartShunt o nel BMV-712: https://amzn.to/3Gvco7f

Inverter

In un impianto off-grid consideriamo molto utile, quasi indispensabile, la presenza di un inverter.
Grazie a questo si possono utilizzare tutti gli apparati che funzionano con la normale corrente di casa, ovvero la corrente alternata a 230V.

Spesso abbiamo utilizzato gli inverter della Victron Energy, molto ben fatti a livello di componentistica ed integrati alla perfezione nell'ecosistema Victron.

In questo caso, per mantenere un livello di qualità alto ma rientrare in un budget medio, abbiamo scelto un inverter toroidale ad onda pura da 12V.

Per la precisione l'inverter Vevor 12V 3000W ad onda pura, con funzione di caricabatteria:
https://amzn.to/3RNl9OR
E' possibile acquistarlo anche sul sito ufficiale Vevor, con uno sconto del 5% (codice VV2324):
https://s.vevor.com/bfQ0Th

Questo inverter, che supporta sia batterie al litio che agm, chiamato da chi bazzica nel settore "giallone", è veramente un ottimo prodotto, creato con componenti di buonissima qualità, una potenza continua di 3000W ed una potenza di picco incredibile di 9000W. All'interno dell'inverter c'è inoltre un toroide gigantesco.

A cosa serve il toroide?

Un inverter toroidale utilizza un trasformatore toroidale per convertire la tensione continua della batteria in tensione alternata a 230V, come quella di casa.
Questo ha il vantaggio di una maggiore protezione contro sovratensioni e interferenze elettromagnetiche. Inoltre, il trasformatore toroidale aiuta ad aumentare l'efficienza dell'inverter, poiché può compensare la perdita di energia causata dalla dispersione termica.
Gli svantaggi sono sostanzialmente l'aumento di peso e di dimensioni dell'inverter ed in certi casi un leggero aumento del rumore e magari di qualche micro vibrazione.

Un inverter senza toroide utilizza invece un circuito elettronico a stato solido per convertire la tensione continua in tensione alternata.
Questo rende l'inverter più compatto e leggero e magari con qualche rumore e vibrazione in meno rispetto ad un toroidale.
Però può rendere l'inverter più vulnerabile a sovratensioni e interferenze elettromagnetiche e la perdita di energia causata dalla dispersione termica può ridurre l'efficienza dello stesso.

Quasi tutti gli inverter di fascia alta utilizzano i toroidi ed è difficile trovare un prodotto di fascia media con componenti così di ottima qualità!

Questo inverter della Vevor inoltre integra la funzione di caricabatteria e permette di collegarsi ad una colonnina (quando per esempio ci si trova in campeggio), ad una presa di casa o ad un eventuale generatore di emergenza, per poter caricare la propria batteria.

E udite udite, costa 1/4 di un modello di pari potenza della Victron Energy.
Quindi vi consigliamo caldamente di tenerlo in considerazione!

Quadri, interruttori, staccabatterie e protezioni

Una cosa a cui spesso non si da importanza, sono le protezioni.
In un impianto che si rispetti va sempre considerata l'installazione di uno o più staccabatterie, dei dovuti interruttori magnetotermici DC, dei magnetotermici differenziali AC e di fusibili a protezione dei cavi e dei vari apparati in corrente continua.

Invece che installare i magnetotermici così nudi, il consiglio è quello di realizzare uno o più piccoli quadretti.
Si riesce così ad ottenere un lavoro più pulito e si rendono le connessioni più sicure.

Ci affidiamo normalmente a centralini Gewiss, tipo questi:
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Pressacavo per l'ingresso e l'uscita dei cavi nei quadretti:
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Cavi elettrici di vari colori e misure:
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Cavi di spessore più grosso, invece, si possono trovare qui:
https://amzn.to/3XMl6X9

Nel cablaggio dei quadretti consigliamo sempre di usare dei terminali a bussola preisolati.
Terminali a bussola preisolati Knipex per cavi da 4-6-10-16 mmq:
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Terminali a bussola preisolati twin Knipex per cavi da 4-6-10-16 mmq:
https://amzn.to/3oheujP

Mentre per i cablaggi grossi, per esempio quelli che vanno alle batterie, si necessitarà di capicorda come questi:
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Per quanto riguarda la corrente alternata, utilizziamo dei magnetotermici differenziali della Gewiss (in questo caso da 16A):
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Ne installiamo sempre 2, uno in uscita dell'inverter ed uno in ingresso del caricabatterie.

Consigliamo poi sempre uno staccabatterie, come questo modello da quasi 300A:
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Sul cavo positivo + di ogni batteria e dell'inverter utilizziamo sempre fusibili mega di adeguata dimensione:
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Con i propri portafusibili:
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Per le giunzioni dei cavi ci affidiamo a robuste busbar, tipo queste da 300A:
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A valle dei pannelli solari consigliamo dei portafusibili bipolari della ABB:
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Con i relativi fusibili gPV opportunamente dimensionati:
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In alternativa si possono utilizzare dei magnetotermici DC come quelli linkati qui di seguito.
N.B.: in caso di stringhe composte da più pannelli è opportuno accoppiare portafusibili + magnetotermico DC.

Mentre fra regolatore di carica e batteria va installato un magnetotermico DC appositamente dimensionato:
https://amzn.to/4cYsd3l
O tipo questi:
https://amzn.to/4cF5d95

In caso si stia realizzando l'impianto di una casetta con delle stringhe di pannelli ad alto voltaggio consiglierei di installare anche uno scaricatore di sovratensione bipolare, tipo questo:
https://amzn.to/3RNzHhr
O questo:
https://amzn.to/4clpQYn

Supporti, cavi, connettori

Per installare i pannelli fotovoltaici su parete, per esempio in una baita o una casetta off-grid, vanno benissimo delle piccole staffe a Z, tipo queste:
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In caso di installazione su camper, consiglio invece delle staffe tipo spoiler in alluminio:
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Oppure queste di colore nero:
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Fissate al pannello tramite questi kit di bulloni, rondelle e dadi autobloccanti in acciaio inox:
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https://amzn.to/3QFzyJv
https://amzn.to/3xs6yOp

Ed incollate sul tetto con questo apposito collante della Wurth (oppure prodotti simili della Sika, Pattex, etc):
https://amzn.to/3S6WqTi

Per il passaggio dei cavi nel tetto consiglio questo passacavo a due vie:
https://amzn.to/3UcAJCV

Cavi elettrici specifici per i pannelli solari:
https://amzn.to/43G8e5q

Mentre per il collegamento dei cavi abbiamo usato questi connettori MC4 comprensivi di chiavi:
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Utensili indispensabili

Per crimpare i connettori ed i terminali a bussola ai cavi, noi consigliamo questa Pinza crimpatrice BGS technic PRO+ con 5 teste:
https://amzn.to/3MMQAad

E le "ganasce" apposite per crimpare i connettori solari MC4:
https://amzn.to/3L8xnhO

Mentre per crimpare i connettori più grossi si necessiterà di questa Pinza sempre della BGS:
https://amzn.to/3L1GPmv

Per le forbici da elettricista invece abbiamo utilizzato questo modello di marca Beta, abbastanza economico, ma funzionale:
https://amzn.to/3MMQNu1

Schema elettrico

Per meglio comprendere come realizzare l'impianto, ecco uno schema elettrico semplificato, dove è possibile vedere come collegare tutti i componenti sopra specificati.

Come anticipato, questo è uno schema indicativo.

Nel tutorial abbiamo proposto dei componenti di esempio e qui sopra mostrata una possibile tipologia di installazione.
Non vengono appositamente specificati gli spessori dei cavi e tutti i tagli di fusibili e protezioni, che devono essere dimensionati correttamente in base alla lunghezza dei cavi stessi e dei prodotti effettivamente installati.

Per il dimensionamento dei cavi noi ci affidiamo a questo comodo sito:
https://www.oppo.it/calcoli/cavi/calcolo_sezione_cavo.php

Ci teniamo a ribadire che con la corrente non si scherza, quindi in caso non si abbiano conoscenze sufficienti, meglio affidarsi a professionisti.

Questo tutorial termina qui, ma per chi fosse interessato fra un mesetto e mezzo andremo a fare un upgrade dell'impianto fotovoltaico della nostra baita di montagna. Li mostreremo passo passo come realizzare nella pratica un impianto completo.
Quindi restate sintonizzati!