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SYLCELL™
Sistema ad alta efficienza
per la ricarica batterie

di XmX
Nuovomondo di XmX - tutti i diritti riservati

rif. 090802-230404

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Pannelli fotovoltaici "Vorrei installare dei pannelli fotovoltaici sul tetto della mia casa o in giardino, ma costano ancora troppo!"
Se anche voi la pensate così, sentite questa:  esiste già da molti anni un sistema brevettato e funzionante capace di incrementare di oltre il 60% la resa dei pannelli fotovoltaici, e senza grandi spese o strani dispositivi.  No, non è un errore, ho detto proprio il sessanta per cento o più.  Inoltre la sua realizzazione pratica è alla portata di tutti, perché non è un dispositivo, ma solo un modo diverso di collegare le fotocellule fra loro....

No, non è uno scherzo.  È solo un altra di quelle invenzioni semplici e geniali, che restano nei cassetti per interessi economici contrari.  Infatti, se diffusa, la cosa darebbe piuttosto fastidio ai giganti produttori di pannelli fotovoltaici, visto che di fatto ne dimezza la necessità.  Per non parlare poi - checché se ne dica - dei giganteschi interessi coinvolti nel mantenimento dei metodi attuali di produzione energetica...

L'invenzione l'ho trovata navigando su Keelynet, la rete sull'energia alternativa (a fine pagina ci sono i links).  Per sapere se funziona non c'è che un sistema:  provare.  E prima ancora occorre capire come e perché dovrebbe funzionare, il che è lo scopo di questa pagina.

Quanto segue è una mia libera sintesi e adattamento del brevetto e di articoli in inglese, e inoltre ho anche ridisegnato gli schemi e le tabelle originali, perché poco leggibili.
Se siete (comprensibilmente) scettici, dopo aver esaminato il tutto potrete forse ricredervi.

Dunque, si tratta di una invenzione del Sig. Daniel A. Wallace, ormai deceduto, registrata negli USA il 17 Marzo 1987, col titolo "HIGH EFFICIENCY BATTERY CHARGING SYSTEM" - (brevetto US 4,651,080).
Per incuriosire, cito subito un estratto da un resoconto di un consulente ingegnere che avrebbe valutato il dispositivo (testo tratto da Keelynet):

"Durante il test il pannello fotovoltaico convenzionale ha prodotto 83.48 watt-ora di energia, mentre quello SYLCELL ne ha prodotti 159.20.  Il gruppo SYLCELL ha perso 25.88 watt-ora durante la notte per la scarica attraverso le fotocellule (durante il test non è stato usato alcun dispositivo di blocco della corrente inversa).
La configurazione SYLCELL ha prodotto 50.09 watt-ora più di quella convenzionale, ossia il 60% in più con la stessa quantità di irradiazione solare."

Nell'articolo si aggiunge poi:  "Benché la relazione certifichi un 60% di aumento nel trasferimento di energia, nell'uso effettivo l'efficienza risulta accresciuta del 100%."

Vediamo un po' di capire bene.  Sappiamo che, a partire da un certo pannello fotovoltaico installato in una certa località geografica, magari non ottimale, se ne può aumentare la resa - e di poco - con un paio di sistemi, entrambi abbastanza complessi o dispendiosi.  Uno è montare il pannello su un telaio mobile, che segua costantemente il sole nel cielo.  L'altro metodo, valido solo entro certi limiti, consiste nel concentrare sul pannello la luce con specchi o lamiere, possibilmente senza friggerlo...

Ma SYLCELL™ non è un dispositivo bensì un metodo di collegamento, e si può applicare ad un qualsiasi impianto, a prescindere dalla sua resa attuale, con piccole modifiche, ottenendo i seguenti vantaggi:

  • incremento del 100% nel trasferimento di energia rispetto ai metodi convenzionali
  • usa celle fotovoltaiche standard, senza che nemmeno siano necessarie celle fotovoltaiche tutte uguali.
  • gli elementi fotovoltaici non hanno un assemblaggio difficile, con un costo maggiorato di solo il 5% (a causa della maggior complessità dei collegamenti).
  • non ci sono cose speciali da acquistare, né tecnologie a "scatola-nera".
  • funziona per piccoli e grandi sistemi in egual misura.
  • a parità di potenza prodotta richiede meno elementi fotovoltaici, con meno superficie occupata
  • abbassamento del costo per unità di energia prodotta, a causa del minor numero di fotocellule necessarie

Il logo SYLCELL&trad; Descrizione dell'invenzione
(estratto dal brevetto)

L'invenzione è chiamata SYLCELL™.  È genericamente destinata alla ricarica rapida di batterie, specialmente alla ricarica ad alta efficienza di batterie usando serie di pannelli fotovoltaici, e agisce sul trasferimento di energia dai generatori agli accumulatori.  Questa descrizione riguarda specificamente accumulatori e pannelli fotovoltaici.  La tecnologia SYLCELL™ ottimizza l'impedenza fra pannelli fotovoltaici e batterie, minimizzando la resistenza interna del circuito di ricarica.  Questo produce un sostanziale aumento nell'efficienza della ricarica, rispetto al metodo convenzionale.

In SYLCELL™ singoli elementi degli accumulatori sono connessi in serie con altri a formare batterie, e gruppi di singole celle fotovoltaiche sono connessi in serie con altri a formare gli elementi fotovoltaici.  I due gruppi sono quindi collegati in parallelo a formare SYLCELL™.  La configurazione serie-parallelo produce il massimo trasferimento di potenza dai pannelli agli accumulatori.

Ci sono anche altri vantaggi.  Per esempio, è garantita una protezione da guasti di singole celle e, a differeza del vecchio sistema, non è nemmeno necessario che le fotocellule siano tutte uguali per raggiungere la massima efficienza.

SYLCELL™ migliora l'efficienza dei pannelli fotovoltaici applicati a carichi resistivi, e inoltre può essere utilizzato con ogni tipo di fonti energetiche.

Avete letto???  Con una invenzione così, se ben sfruttata, si può accumulare una fortuna in breve tempo!!!  Però, se ho capito bene, l'inventore è morto da tempo, e dunque il brevetto "dorme" nei cassetti...

Passiamo finalmente alla esposizione tecnica - seppure in un linguaggio accessibile anche ai profani, e perciò anche a costo di qualche imprecisione - con l'avvertenza che il sistema ha diverse possibilità di interconnessione e può essere modificato in varie configurazioni.  Di conseguenza, i disegni e le descrizioni seguenti debbono essere considerate come una illustrazione generica del pincipio, dunque non vincolante.

Il metodo convenzionale

Accumulatore, struttura interna - (c) XmX Specifichiamo per i non tecnici che gli accumulatori al piombo-acido da 12 volt (quelli delle automobili, per esempio) sono internamente costituiti da sei celle connesse in serie.  Ogni cella ha una resistenza interna che dipende da diversi fattori, come il tipo di cella, la sua grandezza, la temperatura e lo stato della carica.  Nel tipo al piombo, ogni cella ha un voltaggio di circa 2.17 V a piena carica.

Vediamo adesso la figura 1 qui sotto, che mostra lo schema di un pannello solare fotovoltaico collegato all'accumulatore anzidetto.  Le singole celle del pannello sono qui raffigurate circolari in blu, e l'accumulatore in giallo.

Circuito pannello solare, configurazione normale - (c) XmX

Vediamo che connessi in serie (il positivo di uno al negativo del successivo e così via) vi sono trentasei elementi fotovoltaici.  Ogni elemento, sensibile alla luce solare, genera a circuito aperto (cioè senza il carico) una tensione di circa 0.55 V, per un totale di circa 19.8 volt (0.55 x 36 = 19.8).

I terminali estremi dell'accumulatore, così come quelli estremi delle fotocellule, sono connessi in parallelo, ossia negativo con negativo e positivo con positivo.

La corrente di carica è misurata con l'amperometro A in figura 1, connesso in serie con fotocellule e accumulatore.  Il voltaggio della batteria è misurato dal voltmetro V sui terminali dell'accumulatore.

Quando il pannello fotovoltaico è esposto alla luce, e il suo voltaggio è superiore a quello dell'accumulatore, quest'ultimo riceve la corrente di carica.

Un regolatore, interposto fra il pannello e l'accumulatore, controlla la quantità di corrente verso l'accumulatore e lo protegge dai sovraccarichi.  Il regolatore protegge anche dalla corrente inversa (di solito si usano diodi), prevenendo così la scarica dell'accumulatore attraverso le celle nei periodi di oscurità.

La figura 2 mostra la curva di ricarica caratteristica per un sistema a 12 volt e 10 ampere-ora, inizialmente scarico.  La curva in rosso mostra la corrente di carica applicata dal pannello convenzionale.  L'accumulatore viene caricato fino a che il suo elettrolita non raggiunge il peso specifico di 1.21.  La corrente di carica iniziale di 2.05 ampere scende a 0.085 ampere dopo 6 ore.

Curva di carica normale - (c) XmX

Il voltaggio della batteria, indicato in blu nel grafico, sale da 0 volt a 12.9 volt durante le sei ore di carica.

Dalle curve possiamo vedere che nelle prime tre o quattro ore la tensione sale lentamente, in base alla legge di Ohm, per effetto della resistenza interna dell'accumulatore.  La stessa legge ci dice che la potenza (watt) si calcola dal valore della tensione (volt) moltiplicato per quello della corrente (ampere) secondo la formula W = V * A.  Perciò il valore inizialmente basso della tensione pregiudica il pieno trasferimento della potenza, che pure sarebbe costantemente disponibile dal pannello.

Il metodo SYLCELL™

SYLCELL™ in sostanza riduce il tempo di carica degli accumulatori rispetto alla vecchi tecnologia, con un singolare modo di connessione fra pannelli fotovoltaici e accumulatori.

Con riferimento alla figura 3, le serie di elementi delle celle fotovoltaiche sono ora connesse in serie-parallelo, invece che in serie, agli elementi dell'accumulatore.

Circuito pannello solare, configurazione SYLCELL - (c) XmX

La connessione serie-parallelo abbassa la resistenza interna delle serie di celle fotovoltaiche, ottimizzandone l'accoppiamento con gli accumulatori, e perciò migliora sostanzialmente l'efficienza del trasferimento di energia fra i due.

Dunque il pannello fotovoltaico convenzionale, composto di 36 singole celle in serie, è ora suddiviso in 6 gruppi di 6 celle, ciascuno dei quali è collegato in parallelo al corrispondente singolo elemento dell'accumulatore.

La figura 4 mostra l'andamento del voltaggio e della corrente con il collegamento mostrato nello schema della figura 3.

Curva di carica SYLCELL - (c) XmX

Partendo da accumulatori completamente scarichi e col pannello esposto alla luce solare, la corrente di carica è circa 12.3 ampere, mentre il voltaggio è prossimo allo zero.  Entro i primi 60 minuti la corrente scende a circa 0.085 ampere, e la tensione sale a 12.9 volt.

Comparando i valori dei grafici nelle figure 2 e 4 (sotto) è evidente che il circuito di ricarica della figura 3 (SYLCELL™) è decisamente molto più efficiente di quello in figura 1.

Curva di carica normale - (c) XmX Curva di carica SYLCELL - (c) XmX
I due grafici a confronto

Senza inconvenienti?

Si è detto che SYLCELL™ è solo un metodo di collegamento e che non richiede dispositivi speciali, ed è vero.  Tuttavia un paio di problemini vi sono, ma sono entrambi facilmente risolvibili, a fronte del vantaggio ottenibile, veramente grande.

Tipo di accumulatori
Come si è visto, occorre poter raggiungere i contatti fra le singole celle degli accumulatori, e dunque essi debbono essere del tipo apposito, del resto abbastanza facilmente reperibile.  Eventualmente, chi volesse realizzare uno o più impianti SYLCELL™, potrebbe chiedere ad una delle tante fabbrichette di accumulatori di fare la piccola modifica necessaria.

Prevenzione della autoscarica notturna
Nei sistemi tradizionali un diodo ha il compito di impedire l'autoscarica delle batterie attraverso i pannelli di notte, o comunque quando essi non sono illuminati.  Però il diodo ha una sua soglia di tensione di 0.5 volt.  In un pannello classico 0.5 volt influiscono poco sui 12 volt del sistema.  Nella configurazione SYLCELL™ ne sarebbe necessario uno per ogni gruppo di 6 celle, sottraendo 0.5 volt dai circa 2 volt disponibili per ogni serie, e questo farebbe scadere drasticamente il rendimento.  Per ovviare a tale inconveniente però basta adottare un interruttore multiplo a relè (del tipo a commutazione per non consumare inutilmente energia), il tutto controllato da un circuito ausiliario (in viola nello schema) costituito da un sensore di luce, o da un timer, o anche da entrambi.
In alternativa (per il tempo delle verifiche), lo sperimentatore può scollegare manualmente i contatti con luce insufficiente, oppure rassegnarsi alla autoscarica, tenendone conto poi nei calcoli finali.

Allora, anche se l'industria per vari motivi non vuol saperne di SYLCELL™, qualche privato vuole comunque provare a farsi un proprio impianto fotovoltaico con solo la metà dei pannelli normalmente necessari?  SYLCELL™ è un brevetto, ma l'uso privato è libero e assai conveniente!

sperimentiamo?

Visto che nessuno ufficialmente si pronuncia sul Sylcell (e questo già fa pensare), qualche lettore potrebbe forse voler verificare personalmente se funziona o no.  La cosa è piuttosto semplice ed anche abbastanza economica. Si suggerisce di utilizzare il minimo necessario, con dimensioni minime, in modo da ridurre i costi..

materiale
  • 2 di quei microscopici pannellini fotovoltaici a 12 V usati per contrastare l'autoscarica delle batterie (in vendita anche su D-Mail, www.dmail.it, a pochi euro) da ricollegare internamente
  • 12 accumulatori al NiCd da 1.2 volt (pile "stilo" ricaricabili)
  • due tester
Si comincerà con il configurare i due set di celle, uno in modo convenzionale, e l'altro in modo Sylcell, secondo gli schemi presentati più su.  Poi si collegheranno gli accumulatori.  I tester andranno impostati per misurare l'andamento della corrente durante la ricarica.  I due gruppi dovrebbero poi essere fatti funzionare affiancati nelle stesse condizioni di illuminazione, meglio se artificiale, monitorando la corrente (ogni minuto nel primo quarto d'ora, e poi ogni cinque minuti) riportando i valori in un grafico, fino a completa ricarica.  Come si vede ci vuole davvero poco, e in poche ore si saprà finalmente se con Sylcell c'è un vantaggio o no.

Nota importante: Lo sperimentatore può essere tentato di usare i normali accumulatori per auto, e cercherà allora di scollare con cautela l'involucro superiore di un normale accumulatore, per raggiungere i contatti tra una cella e l'altra...  Io sconsiglio assolutamente di farlo, per esperienza personale.  Finché si opera su accumulatori nuovi e asciutti, ossia non ancora riempiti con la soluzione acida, non vi sono grossi rischi (al massimo lo si rovina).  I rischi vi sono invece, e molti, volendo modificarne uno già con l'elettrolita...
ATTENZIONE! Così operando su di un accumulatore già con il liquido (cosa assai sconsigliabile), vi è un concretissimo pericolo di violentissima esplosione dei gas nelle celle, in caso di scintille o cortocircuiti, con proiezione di acido solforico.  Per ridurre i rischi, scaricare del tutto la batteria, e areare bene le celle togliendo qualche minuto prima tutti i sei tappi;  indossare sempre occhiali protettivi!  Sottolineo ancora che è una operazione molto pericolosa, e declino ogni responsabilità per eventuali incidenti.

È tutto.
Gli sperimentatori mi facciano conoscere i loro risultati, saranno pubblicati in questa pagina.
Arrivederci alla prossima invenzione!

XmX                    


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