Integrazione con pannello solare

Le fonti di energia

Una delle funzioni più intelligenti della twidunode è sicuramente la possibilità di integrare ed usare efficacemente molteplici sorgenti di energia. Ricordiamo che gli ingressi di energia della twidunode sono:

• AC-IN= 200-250V AC, si tratta dell'ingresso da tensione di rete in corrente alternata.
• DC-IN= 9-37V DC, si tratta dell'ingresso in corrente continua. Qui si possono collegare sia fonti statiche (stazioni di energia, pacchi batterie ecc.) che fonti dinamiche o rinnovabili. Accetta tensioni da 9 a 37V DC senza nessuna variazione al carico grazie al suo STEP-UP converter. A patto di rispettare certe condizioni di rapporto tra tensione IN e tensione OUT (vedi nota).
• BATTERY= 12V, si tratta sia di un ingresso che di una uscita. Infatti è la connessione della batteria tampone che grazie alla combinazione di STEP-UP e STEP-DOWN permette di alimentare un carico a tensione fissa tra 24V e 52V con una sola batteria da 12V. Si tratta di una caratteristica unica !!

Come già detto, la peculiarità della twidunode è proprio la sua capacità di gestire in maniera intelligente tutte queste sorgenti allo scopo di mantenere il carico acceso e stabilizzato alla tensione da noi impostata.

Note: ATTENZIONE ! Quando si alimenta un carico a 24V, dobbiamo fare attenzione alla tensione applicata al DC-IN, infatti, questa non può essere superiore alla tensione OUT+1V. Facciamo un esempio, se devo alimentare un carico a 30V, in ingresso non possiamo avere una tensione superiore ai 31V, altrimenti la twidunode andrà in protezione, mantenendo tutti i led accesi fino alla risoluzione del conflitto di tensione. Questa considerazione si traduce sulla scelta obbligata di certi pannelli solari invece di altri. Si dovranno scegliere quindi pannelli solari a tensione nominale 12V, che offrono una tensione massima a circuito aperto Voc inferiore ai 25V, ed una tensione a potenza massima Vmp intorno ai 17-20V.

La tensione di rete AC-IN

Questa fonte di alimentazione, a seconda delle esigenze installative, può essere:

• presente: quindi la batteria ed il pannello sono solo un tampone al fine di garantire continuità operativa anche di diversi giorni in caso di mancanza di rete.
• assente: quando il pannello (o la fonte di energia DC-IN) è l'unica energia disponibile, sarà opportuno quindi dimensionare correttamente sia la potenza disponibile (magari con pannelli di 100-150Wp e oltre) che la dimensione della batteria ciclica, a tal proposito si rimanda al capitolo Batterie..
• temporanea: quando siamo in presenza di una fonte discontinua ma ciclica, come un lampione o forniture razionate di energia elettrica. In questo caso, possiamo avere sia una situazione senza pannello solare; quando le ore di fornitura sono ampiamente sufficienti alla ricarica totale della batteria. Oppure avremo bisogno di un pannello solare di integrazione, quando le ore di fornitura non sono sufficienti a ricaricare totalmente la batteria tampone. In questo caso, il pannello potrà essere dimensionato con moderazione, a seconda di quanta integrazione sia necessaria oltre alla tensione di rete.

La tensione CC DC-IN o rinnovabile

Dal connettore laterale di alimentazione ( vedi connessioni), è possibile alimentare la twidunode con una fonte di corrente continua da 9V a 37V. La funzione della twidunode da questo connettore è sempre di Step-Up, significa che fino a che la tensione di ingresso DC-IN è inferiore al valore di POE-OUT +1Volt, Il PoE funziona regolarmente fornendo in uscita qualsiasi tensione tra 24V e 52V (ovvero la tensione impostata al carico POE-OUT).

Tale tensione, al contrario di molte stazioni di energia, può essere variabile, la twidunode provvede sempre alla sua regolazione. Ciò si traduce nella possibilità di poter usare "qualsiasi" fonte di corrente continua compresa tra 9V e 37V.

Relazione tra tensione in uscita PoE-OUT e DC-IN

Come abbiamo già decritto in alto, dato che il regolatore interno alla twidunode funziona solo in Step-Up, mentre il regolatore di carica della batteria tampone funziona solo in Step-Down, esiste una precisa relazione tra:

DC-IN e PoE-OUT

la tensione applicata in DC-IN, non può essere maggiore della tensione di uscita al carico maggiorata di 1Volt

DC-IN < PoE-OUT+1V

E' anche vero che nella maggioranza dei casi di apparati alimentabili in Passive PoE 24V, gli stessi sono in grado di accettare una tensione anche superiore, generalmente almeno 30V. Quindi è possibile impostare una tensione in uscita al carico di almeno 30V POE-OUT. In questo modo siamo più liberi nella gestione della sorgente di corrente continua, sia essa un pannello solare, un generatore eolico o un pacco batterie. L'importante è non superare mai il valore di 37V in ingresso su DC-IN.

Note: La condizione viene rilevata come errore temporaneo e segnalato dalla twidunode con l'accensione continua di tutti i led. In questa condizione, il carico non può essere acceso.

Relazione tra DC-IN e la ricarica della batteria tampone

Come sappiamo, il regolatore interno alla twidunode funziona Step-Up al carico ed in Step-Down verso la batteria, esiste quindi una precisa relazione tra:

DC-IN e Batteria

Infatti, perché la batteria possa essere ricaricata dal pannello solare o una turbina eolica (o genericamente dall'ingresso DC-IN), la tensione del pannello "deve" superare la tensione della batteria. Come sappiamo, una batteria per essere caricata si deve raggiungere almeno il suo voltaggio specifico di ricarica, che per una AGM al piombo è almeno di 14,4V.

Inoltre, tra batteria scarica, e batteria carica, ci troviamo con 2 diversi voltaggi, che sono 11,5V e 12,8V. Tutto ciò significa che per poter caricare una batteria, o almeno scongiurare che l'energia venga prelevata dalla batteria piuttosto che dal pannello (o genericamente dall'ingresso DC-IN), dobbiamo fornire una tensione di almeno 15V.

Ovviamente, in caso di scarso irraggiamento solare, si può sempre verificare che la tensione in DC-IN sia sufficientemente alta, ma non sufficiente ad alimentare il carico e ricaricare al contempo la batteria.

IDC-IN < IPOE 

ovvero la corrente fornita al connettore DC-IN è inferiore alla corrente assorbita dal carico PoE.

In questo caso, dalla DC-IN verrà usata solamente l'energia disponibile, mentre la twidunode preleverà dalla batteria la restante energia necessaria all'alimentazione del carico PoE.

Come è possibile vedere meglio da questa immagine:

Il pannello solare

Come detto in precedenza, per via di diversi vincoli, come tensione al carico POE-OUT e massima tensione DC-IN, occorre utilizzare il corretto pannello che mi assicuri le maggiori possibilità di caricare la batteria, ma al contempo non superi la massima tensione di DC-IN necessaria ad alimentare il mio carico.

Faremo degli esempi considerando la condizione più sfavorevole, ovvero dove la forbice tra DC-IN e POE-OUT è la minima possibile, ovvero con una tensione in uscita al carico di 24V.

"set poevolts 24" oppure jumper su 24V

In questo caso dovremo utilizzare pannelli da 12V nominali, non quindi i diffusi pannelli da impianti fotovoltaici in rete, che generalmente hanno una tensione a circuito aperto tra i 30V e i 60V come i pannelli solari in silicio policristallino amorfo (quelli a film sottile per intenderci).

I pannelli che dobbiamo usare sono quelli per esempio da camper o per impianti ad isola per telecomunicazione o illuminazione rurale.

Questi sono solo alcuni modelli che abbiamo collaudato con soddisfazione:

Le batterie

La scelta della batteria idonea dipende dal tipo di utilizzo necessario, ovvero:

• TAMPONE: quando la batteria è utilizzata solo per tamponare eventuali mancanze di rete
• CICLICO: quando la batteria è utilizzata come serbatoio di energia per un utilizzo ciclico (lampione) oppure per un utilizzo solo da fonti rinnovabili

Per una scelta più mirata si invita a visionare il relativo paragrafo sulle batterie.

Comunque la batteria per uso ciclico deve avere la necessaria capacità per:

• Assicurare la necessaria energia ad alimentare il carico nei momenti di mancanza della corrente di ricarica in modo da non scaricare oltre il 70% della sua capacità nominale, considerando quindi anche il coefficiente di temperatura. Se ci si mantiene entro limiti ragionevoli di scarica (20/30% della sua capacità nominale) le batterie durano più a lungo.
• Permettere la massima corrente di carica possibile senza danneggiarsi, quindi almeno 2-2,6Ah di carica iniziale.

Queste performances si ottengono con tagli di almeno 18Ah e oltre (26-33-50Ah) per carichi di massimo 10-20W di potenza del caco PoE, in questo modo si riescono a coprire la maggioranza dei dispositivi come AccessPoint, Bridge, IPcamera in commercio, sia 24V che 48V nominali.