Avere sul proprio camper un impianto fotovoltaico con un buon (se non ottimo) regolatore di carica permette di ottenere elevate prestazioni con perdite contenute e, soprattutto, di salvaguardare la batteria servizi.

Infatti, i migliori regolatori di carica sono dotati di software che permette di poter gestire al meglio la carica della batteria. Ad esempio, nel caso in cui la batteria raggiunga la massima carica, i regolatori più efficienti terminano il processo di carica ed iniziano la fase di mantenimento, in maniera tale da mantenere la massima carica senza danneggiare la struttura della batteria.

Inoltre, quando il modulo fotovoltaico non è in grado di produrre energia in seguito alla scarsa insolazione, il regolatore si spegne automaticamente, così da minimizzare, fino ad eliminare le perdite.
Esistono sul mercato diverse tipologie di regolatori di carica, e ognuna di queste è caratterizzata da differenti modalità operative:

  • Regolatore di carica PWM

I regolatori di carica con la tecnologia PWM (Pulse Width Modulation, modulazione di larghezza d’impulso) hanno un concetto molto semplice alla base del loro funzionamento; sono inoltre i più diffusi (in commercio) nel settore dei veicoli ricreazionali.

Per un corretto funzionamento del sistema, e per salvaguardare la vita delle batterie, la tensione di lavoro in ingresso, proveniente dal pannello solare, deve essere necessariamente simile (non uguale) alla tensione di lavoro delle batterie, differendo solo di qualche decimo di Volt, in modo da determinare la circolazione di corrente dal pannello solare fotovoltaico verso la batteria.

Il regolatore PWM, tagliando la tensione del modulo fotovoltaico, “attacca” anche la potenza e l’effetto che ne risulta è che viene mandata alle batterie solo una parte della potenza nominale del pannello fotovoltaico. Ad esempio, se il modulo fotovoltaico produce una potenza di 90 W alla tensione di 18,4 V, quindi con una corrente elettrica di circa 4,9 A, il regolatore opera per ridurre la tensione che arriva dal modulo fotovoltaico a 14,2 V, valore della tensione ideale per caricare le batterie del caravan, continuando a mantenere la corrente di 4,9 A.

Nonostante sia mantenuta inalterata la corrente di 4,9 A, la potenza effettiva di carica che la batteria riceve è pari a 14,2 V x 4,9 A = 69 W, rappresentante circa quasi il 25% in meno della potenza che produce il modulo fotovoltaico.
Tale funzionamento viene realizzato da un circuito elettronico del regolatore PWM molto semplice; questo permette di connettere “direttamente” il pannello fotovoltaico alla batteria stessa.

Naturalmente il regolatore è dotato di un algoritmo che gestisce la carica della batteria proteggendola.
Grazie alla straordinaria semplicità del circuito elettronico, il Regolatore PWM ha un prezzo molto più conveniente rispetto ad un Regolatore MPPT, per questo, specialmente nel settore “camper” è molto più diffuso rispetto a quest’ultimo.

  • Regolatore di carica MPPT

Questo tipo di regolatore è molto utilizzato in impianti fotovoltaici residenziali, specialmente se si ha a che fare con tanti moduli fotovoltaici, così da poter ammortizzare l’alto costo ed ottenere anche elevate prestazioni riducendo al minimo le perdite di potenza.

Il regolatore di carica MPPT (Maximum Power Point Tracker – inseguimento del punto di massima potenza), opera in modo da poter mantenere in output la massima potenza che riceve in ingresso, riducendo la tensione ed incrementando la corrente elettrica, così da sfruttare al massimo la potenza che viene prodotta dal modulo fotovoltaico. Sostanzialmente vuol dire che il regolatore di carica è in grado di inseguire costantemente il punto di massima potenza che il pannello è in grado di erogare in quel momento, al variare dell’irraggiamento solare.

I regolatori MPPT sono infatti in grado di utilizzare tutta la potenza generata dal singolo pannello per ricaricare la batteria: questo concetto li fa di fatto differire dai regolatori tradizionali PWM che invece inviano direttamente alla batteria la corrente generata dal pannello.

Per capire questo concetto, occorre innanzitutto specificare che la potenza di un pannello è il risultato della seguente moltiplicazione: (Corrente erogata dal pannello) x (Tensione generata dal pannello). La tensione di lavoro generata dal pannello è tipicamente intorno ai 16 – 18V: questo surplus di tensione non viene considerato nei regolatori di tensione tradizionali, mentre nei regolatori MMPT sì. L’esempio riportato aiuterà a semplificare quanto detto.

Ipotizziamo che la corrente generata da un pannello fotovoltaico sia, in una certa situazione, 3°. Con un regolatore PWM tradizionale la corrente che viene trasferita alla batteria per la ricarica sarebbe pari a 3A.

Un regolatore MPPT analizza analiticamente la potenza generata dal pannello (P = V x I), e considera quindi anche la tensione del pannello: se pertanto si suppone che la tensione del pannello sia in quel momento 17V, la potenza erogata dal pannello è 17V x 3A= 51W. Se d’altro canto la tensione di batteria è di 13V, considerando la massima potenza di 51W, la corrente di carica che verrà trasmessa alla batteria, è 51W/13V= 3,9 A.

Si nota quindi che la batteria sarà caricata con una corrente pari a 3,9 A con il regolatore MPPT, anziché 3A con un regolatore tradizionale, e la ricarica avverrà pertanto con una rapidità maggiore del 30%, a parità di pannello e di corrente erogata.

Un secondo vantaggio di questi regolatori MPPT è sicuramente l’ampio range di tensioni in input (fino a 100 V). Questa caratteristica genera ad esempio la possibilità di caricare una batteria 12V con un pannello progettato per lavorare a 24V, senza perdita di potenza.

Riprendendo l’esempio di prima, si ipotizzi di usare un pannello progettato per lavorare a 24V, che ha valori di tensione di lavoro tipici di 32 – 36V (valore tipico per potenza pannello superiore a 160W). Vediamo che cosa accade con corrente erogata di 3°:

– la potenza erogata dal pannello è 32,2V x 3A=96,6W;
– la corrente di carica della batteria corrispondente ad esempio a 12,1V di tensione della batteria è 96,6W/12,1V= 7,98 A.

Si nota chiaramente come con una corrente di 3A prodotta dal pannello a 34V si riesca a caricare la batteria 12V con corrente alternata di 8A, grazie al lavoro del regolatore MPPT.

Un regolatore più diffuso PWM non sarebbe stato in grado di effettuare questo utile innalzamento di corrente, e si sarebbe limitato a trasferire solo i 3A generati dal pannello, che si sarebbe quindi di fatto comportato come un pannello funzionante al 50% della potenza.

Il problema fondamentalmente sta nel fatto che questi regolatori di carica MPPT sono estremamente costosi, tanto da superare il prezzo che di norma si attribuisce ad un modulo fotovoltaico per camper. Per questo questi regolatori MPPT vengono di solito utilizzati nel fotovoltaico residenziale, dove il regolatore non incide in maniera rilevante sul costo complessivo dell’impianto.