Come realizzare un Impianto Fotovoltaico fai da te Low-Cost a 12V con batteria al litio LiFePO4 per Camper, Van o Baita

Nello scorso articolo vi abbiamo illustrato come realizzare un impianto elettrico e fotovoltaico completo.

Quest'oggi vi vogliamo invece mostrare come è possibile realizzare un piccolo impianto fotovoltaico a 12V, con una batteria al litio LiFePO4, senza inverter.

L'idea ci è venuta in mente quando un ragazzo ci chiese come realizzare un piccolo impianto nel suo T4, che gli permettesse di alimentare un frigorifero, una pompa per l'acqua, le luci ed un paio di telefoni, senza spendere troppo.
Quindi l'obbiettivo di questo tutorial è riuscire a contenere i costi, senza trascurare la sicurezza.

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?

Visto che l'obbiettivo è abbassare, per quanto possibile, la spesa, abbiamo scelto di ridurre all'essenziale i componenti.

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.
Costano qualche decine di euro in più dei concorrenti, ma il poter visualizzare e gestire tutto tramite bluetooth è impagabile.

Abbiamo scelto una batteria LiFePO4 commerciale da 100Ah della Sanfou, che risulta una delle più economiche su Amazon, ma che ha buone recensioni.

Abbiamo poi acquistato uno stacca batterie e un fusibile mega con il suo portafusibile da installare sul cavo + della batteria.

Infine abbiamo selezionato una scatola portafusibili con una portata massima di 100A, alcuni fusibili a lama, qualche cavo ed un po' di connettori.

Qui di seguito in dettaglio spieghiamo tutti i componenti scelti.

Pannello Solare

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:
https://amzn.to/4cyWV3f

Ci teniamo a precisare che non siamo sponsorizzati da Eco-Worthy, ma che 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 risicato.

Regolatore di carica MPPT

Come regolatore di carica MPPT consigliamo vivamente la serie Smart Solar della Victron Energy.

In questo caso, per 1 pannello da 170W, è perfetto lo Smart Solar 75/15:
https://amzn.to/3z5lVzY

Ma cosa significa 75/15?

Sono semplicemente i Volt e gli Ampere massimi supportati dal regolatore.
Con il 75/15 vengono supportati massimo 15A a 75V, 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.

Il 75/15 è perfettamente dimensionato per 1 pannello da 170W, infatti 75V > 23V e 15V > 9.39A.

Batteria al litio

Visto che in questo tutorial stiamo realizzando un impianto low-cost, abbiamo deciso di selezionare una batteria al litio commerciale, fra le più economiche su Amazon, ma che avesse buone recensioni.
Per chi fosse interessato ad auto-costruirsi una batteria al litio partendo dalle celle LiFePO4 ecco il link alla nostra guida.

Abbiamo scelto questa batteria Sanfou da 12V e 100 Ah:
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Questa batteria è una classica batteria al litio a 12V realizzata con celle 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 14.6V 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 200A.

La carica è abilitata da 0 a 45°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 IP55 e dimensioni abbastanza compatte: cm 33x17x21 circa.

Si possono mettere in serie fino a 4 batterie identiche ed in parallelo sempre massimo 4 batterie identiche.

Ovviamente ci sono anche modelli di capacità superiori.
Ma per un impianto che servirà ad alimentare un frigorifero, una pompa per l'acqua, e delle luci, il taglio da 100Ah è più che perfetto!

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

Altrimenti consiglio 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 della batteria, serve un piccolo sensore, da utilizzare al posto del cavo rosso presente nello SmartShunt o nel BMV-712: https://amzn.to/3Gvco7f

Stacca batteria e protezioni

Una cosa a cui spesso non si da importanza, sono le protezioni.
In un impianto che si rispetti, anche se low-cost, va sempre considerata l'installazione di uno staccabatterie e dei fusibili a protezione dei cavi e dei vari apparati in corrente continua.

Consigliamo questo stacca batterie, da quasi 300A, oppure un modello che sia almeno da 100A garantiti:
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Sul cavo positivo + della batteria utilizziamo un fusibile mega di adeguata dimensione:
https://amzn.to/3TFO6u9
Con il proprio portafusibile:
https://amzn.to/3VaqYFj

Per contenere i costi, invece delle classiche busbar, abbiamo scelto questa scatola porta fusibili da 100A di portata:
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Nei due poli principali possiamo collegare la batteria.
Mentre negli altri 6 connettori, tutti con fusibile, collegheremo regolatore di carica, frigorifero, luci, pompa e un convertitore a 5V USB per il telefono.
L'ultima porta si potrà utilizzare per una presa a 12V o si potrà lasciare libera per eventuali upgrade futuri.
Consigliamo anche di installare dei comodi interruttori per poter accendere e spegnere i vari apparati.
Ci sono diversi pannellini con interruttori ed una moltitudine di convertitori 12V/usb su Amazon, e qui vi lasciamo sbizzarrirvi nella scelta :-)

Ci sarebbero anche dei pannello con interruttori e convertitore usb integrato, ma non sono un grande fan, visto che hanno una portata bassissima, sui 15A.
Ecco un link di esempio:
https://amzn.to/4f2zKzS
Ma occhio alla corrente massima supportata, se intendete acquistarli.

A valle del pannello solare consigliamo un portafusibili bipolare della ABB:
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Con i relativi fusibili gPV opportunamente dimensionati:
https://amzn.to/3xAlxJA
In alternativa si può utilizzare un magnetotermico DC come quello linkato 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 andrebbe installato un magnetotermico DC appositamente dimensionato:
https://amzn.to/4cYsd3l
O tipo questi:
https://amzn.to/4cF5d95
In questo caso volendo il magnetotermico DC è opzionale, visto che la scatola portafusibili dispone già di un fusibile a lama sull'ingresso positivo.

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

Serviranno poi cavi elettrici di vari colori e misure:
https://amzn.to/3MOjhDx

Cavi di spessore più grosso, invece, si possono trovare qui:
https://amzn.to/3XMl6X9

Per i due cavi + e - che vanno alla batteria, si necessitarà di capicorda come questi:
https://amzn.to/4ci89J9

Infine saranno necessari dei capicorda misti per eseguire le varie connessioni:
https://amzn.to/3LkAfHZ

Supporti e connettori per pannelli

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:
https://amzn.to/3L3hOHx
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!