Prima di cominciare con la descrizione del setup fotovoltaico voglio subito precisare una cosa: non tutti hanno bisogno di installare un pannello solare sul kayak per soddisfare il fabbisogno di energia elettrica. I motivi sono almeno 2.
- Al giorno d’oggi si trovano in commercio a poco prezzo dei power-bank molto capienti (anche oltre i 20.000 mah) che possono stoccare una quantità di energia sufficiente a ricaricare tutti gli accessori elettrici che un kayaker porta con sé durante un viaggio anche di più giorni. Due o più di questi power-bank, possono risolvere il problema dell’approvigionamento di energia elettrica per viaggi lunghi anche 4/5 giorni;
- Difficilmente si affrontano viaggi in zone talmente remote da non avere alcuna possibilità di utilizzare una presa elettrica per la ricarica dei propri accessori. Anche per viaggi molto lunghi, con durate dell’ordine delle settimane, si ha spesso la possibilità, sbarcando su spiagge dove è presente anche solo un piccolo bar, di chiedere il piacere al gestore di ricaricare gli accessori o i power-bank durante la notte.
Fatta questa doverosa premessa, possiamo identificare facilmente ora la tipologia di viaggi che richiede (o per cui è consigliata) la presenza di un sistema di generazione fotovoltaica sul proprio kayak:
- viaggi di oltre 4/5 giorni in zone remote, con nessuna possibilità di utilizzare prese elettriche di rete;
- viaggi molto lunghi durante i quali abbiamo la necessità di ricaricare spesso accessori energivori come tablet, droni, etc..
Non vi nascondo che da quando ho iniziato a portare con me il drone durante i miei viaggi, ho sentito immediatamente la necessità di avere un sistema di generazione elettrica sul mio kayak. Durante il Giro delle Baleari, nel 2018, ero costretto a trovare, dopo ogni volo, una presa elettrica di rete per ricaricare le batterie del drone. Motivo per il quale limitai il suo utilizzo allo stretto indispensabile.
Veniamo ora all’argomento di questo post.
CONTENUTO DELL'ARTICOLO
Generatori fotovoltaici
Negli ultimi anni, il progresso ha portato ad un aumento vertiginoso dei dispositivi elettrici/elettronici che un kayaker si porta dietro in un viaggio. Abbiamo lo smartwatch, il GPS, la radio VHF, il cellulare, il tablet, la fotocamera, l’action-cam, il drone, la torcia frontale e chi più ne ha più ne metta. Il fabbisogno di energia è aumentato di conseguenza e se per qualche motivo non abbiamo accesso almeno una volta al giorno ad una presa elettrica di rete rischiamo guai seri. Nasce da questa esigenza la necessità di un sistema di generazione fotovoltaica da usare durante un viaggio. Ce ne sono fondamentalmente di 2 tipi:
- generatore portatile da usare a terra
- generatore da navigazione impermeabile
A sua volta il secondo tipo ha due sottocategorie:
- con accumulo entrobordo
- con accumulo fuoribordo
Il primo tipo è quello più economico e facile da utilizzare. In commercio si trovano pannelli solari pieghevoli che all’occorrenza si aprono al sole e si collegano al dispositivo o al power-bank per ricaricarlo. La potenza può arrivare anche vicino ai 100W, dipende da quanti moduli è composto.
Durante un viaggio in kayak però trascorriamo la maggior parte del tempo diurno in mare e spesso quando sbarchiamo abbiamo poco tempo per pensare anche a ricaricare i dispositivi col pannello solare nel kayak. In caso di notevole fabbisogno di energia non abbiamo quindi sufficiente tempo a disposizione da dedicare alla ricarica dei dispositivi a meno di non sacrificare tempo prezioso per la navigazione alla ricarica elettrica.
In questo caso o abbiamo la possibilità di allaccio ad una presa di rete (magari decidendo di passare la notte in luoghi non isolati) oppure siamo costretti ad utilizzare un generatore fotovoltaico da navigazione che ci permette di sfruttare tutte le ore diurne e il notevole irraggiamento solare sulla superficie del mare.
Il generatore fotovoltaico da navigazione è essenzialmente costituito da un pannello solare impermeabile fissato sulla coperta del kayak e da un sistema di accumulo entrobordo o fuoribordo. Nel primo caso possiamo scegliere un sistema di accumulo non impermeabile ma siamo costretti a forare lo scafo per collegarlo al pannello (pregiudicando l’impermeabilità strutturale del kayak). Nel secondo caso dobbiamo avere un sistema di accumulo impermeabile ma non dobbiamo forare lo scafo per collegarlo al pannello.
L’ultima soluzione è sicuramente la meno invasiva ma è di più difficile realizzazione tecnica. Ed è di questo che ci occuperemo.
Pannello solare per kayak:
quale kit scegliere?
Per installare sul kayak un generatore fotovoltaico da navigazione con accumulo fuoribordo la fase più delicata di tutte è la scelta dei componenti. Voglio subito premettere che troverete in commercio pochissimi kit fotovoltaici costruiti apposta per essere installati sui kayak, men che meno sui kayak da mare. C’è poca richiesta che possa giustificare la messa in commercio di un prodotto ad hoc.
Il kit “Voltaic” da 17W
Un kit che potete acquistare è quello da 17W della Voltaic. E’ comprensivo di pannello solare da 17W e batteria agli ioni di litio da 28.000mah e costa 259$ al momento in cui scrivo. Occorre però aggiungere una scatola stagna dal costo ulteriore di 59$. In totale sono 320$ a cui bisogna aggiungere le spese di spedizione e le tasse doganali poichè l’azienda ha sede negli USA. Il costo lievita così sino a oltre 400€.
Il kit autocostruito da 35W
Se vogliamo barcamenarci da soli, potremo costruirci, come spiegherò più avanti, un kit fotovoltaico potente il doppio e che costa meno di 200€!
Pannello solare per kayak:
guida alla scelta dei componenti
La difficoltà maggiore che dovremo affrontare è scegliere componenti resistenti all’acqua e nel caso non lo fossero, renderle resistenti tramite degli accorgimenti. In kayak avremo bisogno di una protezione totale contro sabbia e polveri e di una protezione efficace contro gli schizzi e perfino contro una breve immersione sotto la superficie dell’acqua (in caso di ribaltamento). Il rischio che dobbiamo scongiurare è che della sabbia o dell’acqua entri in contatto con i circuiti elettrici/elettronici delle componenti dell’impianto. Diamo un’occhiata allo standard IP, che è lo standard di protezione in cui ci imbatteremo più spesso quando sceglieremo le nostre componenti.
Grado di impermeabilità dei componenti
Il codice IP (International Protection) è una convenzione definita nella norma EN 60529 per individuare il grado di protezione degli involucri dei dispositivi elettrici ed elettronici (tensione nominale fino a 72.5 kV) contro la penetrazione di agenti esterni di natura solida o liquida. Al prefisso IP vengono fatte seguire due cifre :
– la prima individua la protezione contro il contatto di corpi solidi esterni e contro l’accesso a parti pericolose :
IP0X = nessuna protezione contro i corpi solidi esterni ;
IP1X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 50mm e contro l’accesso con il dorso della mano;
IP2X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 12mm e contro l’accesso con un dito;
IP3X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 2.5mm e contro l’accesso con un attrezzo;
IP4X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 1mm e contro l’accesso con un filo;
IP5X = involucro protetto contro la polvere ( e contro l’accesso con un filo );
IP6X = involucro totalmente protetto contro la polvere ( e contro l’accesso con un filo ).
– la seconda cifra individua la protezione contro la penetrazione dei liquidi :
IPX0 = nessuna protezione;
IPX1 = involucro protetto contro la caduta verticale di gocce d’acqua;
IPX2 = involucro protetto contro la caduta di gocce con inclinazione inferiore a 15°;
IPX3 = involucro protetto contro la pioggia;
IPX4 = involucro protetto contro gli spruzzi d’acqua;
IPX5 = involucro protetto contro i getti d’acqua;
IPX6 = involucro protetto contro le ondate;
IPX7 = involucro protetto contro gli effetti dell’immersione;
IPX8 = involucro protetto contro gli effetti della sommersione.
Il grado di protezione minimo che ci occorre è un IP6X per quanto riguarda i solidi e un IPX7 per quanto riguarda i liquidi. Quindi tutte le nostre componenti dovranno avere come minimo un grado di protezione IP67. Componenti con grado di protezione maggiore rispetto all’IP67, soprattutto per quanto riguarda la protezione contro i liquidi, sono consigliati qualora siano reperibili in commercio a prezzi ragionevoli.
Pannello solare per kayak
Il pannello solare è sicuramente la componente più importante di tutto l’impianto ed è anche, nostro malgrado, la componente più difficile da reperire. Prima di installare un pannello solare sul kayak dobbiamo verificare che abbia le seguenti caratteristiche:
- grado di protezione minimo IP67. Questo vale soprattutto per la scatola di derivazione, dove convergono i contatti delle singole celle e vengono collegati ai due cavi che fuoriescono dalla scatola.
- leggerezza (non deve superare il kg di peso)
- elevata efficienza. Non abbiamo a disposizione una grande superficie su cui installarlo, quindi dovremo optare per pannelli che producono molta energia per unità di superficie.
- resistenza a gli urti. Il nostro pannello dovrà essere in grado di resistere, sulla superficie, ad urti accidentali contro oggetti e, lungo i bordi, anche ad urti contro massi e scogli.
- larghezza inferiore alla larghezza massima del kayak. Questo non vuol dire per forza che il nostro pannello non sporgerà lateralmente dalla sagoma del kayak, ma che avrà una larghezza tale da non sporgere in misura rilevante, da non ostacolare le manovre del pagaiatore e da non offrire eccessiva resistenza all’eventuale manovra di eschimo da eseguirsi dopo un ribaltamento accidentale. Un pannello largo meno di 30cm andrà bene a questo scopo.
Il pannello che più si avvicina al nostro ideale di pannello solare per kayak è quello costruito per essere installato sulle barche. Questi pannelli hanno grado di protezione IP67, quindi ottimo per il nostro scopo. Sono flessibili e ciò assicura un’elevata leggerezza (sono privi di cornici e le celle sono ricoperte da uno strato di plastica piuttosto che da vetro infrangibile). Possono avere celle in silicio monocristallino, policristallino o amorfo. Le prime due tipologie di celle sono ad alta efficienza mentre l’ultimo tipo ha scarsa efficienza e non va bene nel nostro caso poichè la superficie a disposizione su una barca per l’installazione dei pannelli è di molto superiore a quella risicata che abbiamo sui nostri kayak.
Quindi la nostra scelta deve ricadere su un pannello solare nautico con celle in silicio monocristallino o policristallino. Purtroppo non è facile trovare pannelli nautici larghi meno di 30cm. Dopo lunghe ricerche sono riuscito a trovare un pannello nautico in silicio monocristallino largo 28,5cm. Lo costruisce la ditta tedesca OffGridTec ed è aquistabile online a questo indirizzo ad un prezzo inferiore ai 100€.
E un pannello da 35W in silicio monocristallino, flessibile fino a 20°, dotato di protezione IP67, largo 28,5cm, lungo 75cm e pesante 600g. E inoltre dotato di 4 occhielli, utilissimi per il tipo di fissaggio che andremo a fare sulla coperta del kayak.
Batteria
Normalmente per gli impianti fotovoltaici in isola, cioè sconnessi dalla rete, come nel nostro caso, si usano batterie al piombo AGM, gel o le più costose batterie al litio. Queste, a parte lo svantaggio del maggior costo, hanno i seguenti vantaggi rispetto a quelle al piombo:
- peso minore a parità di capacità di accumulo
- ingombro minore a parità di capacità di accumulo
- nessuna esalazione
- maggiore velocità di carica e scarica
- maggiore efficienza di carica
- durata
Non vi sono dubbi quindi su quale tipo di batteria utilizzare. Un comune power-bank dotato di batterie al litio andrà più che bene per le nostre esigenze. Dato per scontato che il pannello solare del kayak sia in grado di ricaricare tutto il pacco batterie durante una giornata di navigazione, dovremo scegliere una capacità di carica che ci consenta di ricaricare durante la notte tutti gli accessori elettrici/elettronici che compongono la nostra dotazione di bordo. Il consiglio che sento di darvi, anche in base alla mia esperienza personale, è di utilizzare 2 power-bank da almeno 15.000 mah. Il costo medio di un power-bank da 15.000mah è di 25€ al momento in cui scrivo. In questo modo avremo carica a sufficienza per ricaricare tutti i nostri dispositivi, anche i più energivori, e avremo un power-bank di scorta nel caso di malfunzionamento di uno dei due.
La tensione in uscita da un power-bank è normalmente 5V. Ce ne sono alcuni, soprattutto quelli che funzionano anche da starter per le auto, che hanno anche un’uscita a 12V, utile per ricaricare tramite opportuni adattatori notebook, batterie del drone e fotocamere reflex.
Personalmente uso uno starter da 15.000 mah con uscite a 5V e a 12V. Quest’ultima in grado di ricaricare le batterie del drone (input a 13V) tramite apposito trasformatore di tensione DC/DC step-up. Dobbiamo cercare di utilizzare in kayak solo dispositivi ricaricabili tramite porte USB a 5V. Laddove non lo fossero, dobbiamo dotarci di adattatori capaci di sfruttare l’uscita a 5V delle porte USB o tutt’al più l’uscita a 12V del nostro power-bank (se presente).
Scatola stagna
I comuni power-bank non hanno una protezione IP67. Ciò implica il fatto che avremo bisogno di una scatola stagna, con grado di protezione IP67, dove allocare la nostra batteria e collegarla ai cavi in uscita dal pannello.
La forma e la grandezza della scatola dipendono molto dal tipo e dal numero di batterie che dovrà contenere. In via di massima, tenuto conto anche del poco spazio a disposizione sulla coperta del nostro kayak, una scatola 25x15x10cm andrà più che bene per accogliere al suo interno due power-bank.
Tra le migliori waterproof-box in commercio vi sono quelle dell’azienda Pelican. Sono robuste e dotate di tutte le certificazioni necessarie. Il modello 1150 Protector Case ha dimensioni che si avvicinano molto a quelle che abbiamo individuato sopra. Il prezzo non è economico e varia da 50€ a 65€ nel momento in cui scrivo.
Un’alternativa economica è utilizzare i contenitori ermetici per alimenti. Non hanno una certificazione IP ma per loro natura devono contenere liquidi senza farli fuoriuscire. Quindi, valendo anche il contrario, ed essendo anche loro dotati di o-ring in gomma tra il corpo ed il coperchio, possono andare bene al nostro scopo.
Personalmente ne utilizzo uno della Lock & Lock che è risultato essere assolutamente stagno durante le numerose prove di immersione a cui l’ho sottoposto. Il modello è l’iSi HPL 825 da 2.3L. Il costo è di 12€ nel momento in cui scrivo.
Trasformatore
Il pannello solare sul kayak eroga corrente continua a tensione variabile. Per la tipologia di pannelli solari che interessa a noi, la tensione in uscita, in condizioni ottimali di funzionamento, è di circa 12V. La batteria al litio del power-bank viene ricaricata con corrente continua a 5V. Occorre quindi un trasformatore DC-DC step-down che abbassi la tensione fino a 5V. Ce ne sono tantissimi in commercio ma quelli dotati di certificazione IP67 sono praticamente introvabili. Il fatto però di essere posizionati all’interno della scatola stagna rende meno stringenti le nostre esigenze in fatto di impermeabilità.
Ci sono in commercio trasformatori davvero piccoli, dotati di doppia porta USB in uscita (per ricaricare contemporaneamente 2 power-bank) e con circuiteria protetta da un involucro stagno (non hanno certificazione però). Il costo è di circa 10€ nel momento in cui scrivo. Sono i nostri candidati ideali per abbassare la tensione in uscita dal pannello a 5V e ricaricare le batterie al litio. La potenza massima in uscita è di 15W (5V x 3A), più che sufficiente a ricaricare completamente i nostri power-bank durante una giornata di navigazione. Lavorano con tensione in ingresso variabile tra gli 8V e i 22V, perfetta per il nostro pannello che ha una tensione in uscita massima di circa 21V. Chi vuole può installarne 2 e sfruttare quasi tutta la potenza del pannello che è di 35W. Ricordiamoci però che il pannello non erogherà quasi mai la potenza massima, ma questa ci servirà per avere sufficiente potenza anche nelle giornate e negli orari con insolazione non ottimale. Facendo un calcolo approssimativo, il nostro sistema con un solo trasformatore erogherà a 5V 3.000ma e potrà ricaricare i due power-bank da 15.000mah in 13 ore (considerando una perdita in ingresso nel power-bank del 30%).
15.000*2*1,3/3.000=13
Collegamento dei componenti
I cavi del pannello solare sul kayak terminano con due connettori MC4 con certificazione IP67, uno maschio e l’altro femmina.
Volendo rendere scollegabile la scatola stagna dal pannello, sì da poterla visionare o portare in tenda per ricaricare i nostri dispositivi durante la notte con i due power-bank ivi contenuti, abbiamo bisogno di altri due connettori MC4. Per essere sicuri della loro tenuta all’acqua è consigliabile comprarli già saldati ai cavi.
In rete se ne trovano senza problemi, qui per esempio. Il costo è di 15€ nel momento in cui scrivo.
Senza questo accorgimento risulterebbe impossibile eseguire il prossimo step, ovvero il passaggio dei cavi all’interno della scatola stagna attraverso dei passacavi stagni IP68 (per cavi solari da 6mm di diametro esterno). Costano pochi euro in confezioni da 10 o più.
Il connettore MC4 infatti è troppo grosso per passare attraverso il passacavo. Mentre potremo far passare senza problemi il cavo solare da 6mm. Per montare i due passacavo dobbiamo effettuare con un trapano due fori nella scatola, dello stesso diametro del passacavo, e poi serrare dado e controdado per mandare in battuta l’o-ring.
E’ il momento di verificare la tenuta all’acqua dei passacavo. Chiudiamo la scatola e immergiamola (senza immergere però i connettori MC4) in un secchio pieno d’acqua per un paio di minuti. Poi verifichiamo che non sia entrata acqua all’interno.
Fatto questo, non rimane altro da fare se non tagliare i cavi solari nella scatola stagna e collegarli ai cavi di ingresso del trasformatore. Dobbiamo cercare di eseguire questa congiunzione fra cavi di diverso diametro il più stagna possibile. Possiamo usare a questo scopo una guaina termorestringente auto-stagnante.
Possiamo comprarla o auto-costruircela usando del filo di stagno e della guaina termorestringente (qui un tutorial).
Dopo aver eseguito tutti i collegamenti la scatola stagna è pronta per essere collegata al pannello.
Come si vede, ho incollato il trasformatore ad una parete della scatola con del bi-adesivo per avere più spazio all’interno.
Il pannello solare ha un metro di cavo. Lo raccogliamo utilizzando delle fascette in plastica in modo che la scatola stagna, collegata al pannello, si posizioni alla fine del pannello stesso. Il risultato è questo.
Il nostro kit è pronto. Ora però dobbiamo trovare il modo di montarlo sul kayak e fissarlo saldamente per prevenire qualsiasi distacco durante la navigazione.
Montaggio del kit solare sul kayak
Possiamo montare il nostro pannello a prua o a poppa del kayak. Nei lunghi viaggi di solito la coperta a prua è quasi interamente occupata dalla pagaia di rispetto e inoltre è la parte del kayak che si ingavona più spesso per via del beccheggio conseguente al moto ondoso. La soluzione più logica è quindi quella di montarlo a poppa. Ma dove? Sicuramente non vicino al pozzetto poichè è una zona di manovra della pagaia e un punto di risalita in caso di auto-salvataggio. Procedendo verso poppa troviamo ancora il boccaporto del gavone posteriore. Se fissiamo il pannello qui, dovremo smontarlo ogni qualvolta abbiamo necessità di accedere al gavone. Non lo consiglio. Rimane la zona di poppa più estrema, quasi mai utilizzata per fissare oggetti in coperta e per questo quasi sempre libera. E’ qui che ci converrà montare il pannello solare. Come farlo però? Spesso la coperta in questa zona è molto stretta (va rastremandosi man mano che ci si avvicina alla poppa) e non è piana. Dovremo quindi fissare un pannello piano su una superficie curva e più stretta del pannello. L’impresa appare abbastanza ardua e dipende anche dalla forma della poppa del proprio kayak. Non ho la soluzione quindi per tutti i kayak ma posso dirvi come ho risolto sul mio, il Seabird Scott MV. Potete prendere spunto per trovare la soluzione più adatta al vostro kayak.
Ho scelto di fissare il pannello sopra la scatola stagna e di fissare questa sulla coperta con un sistema di fissaggio reversibile.
Ho usato il sistema apri e chiudi della 3M: il Dual Lock. Il costo di un rotolo è di 16€ nel momento in cui scrivo. La scatola stagna è fissata alla poppa attraverso due strisce di Dual Lock che ne impediscono la rotazione dovuta alla superficie piccola e non piana su cui poggia. Due strisce sono incollate sullo scafo e le altre due sono collegate alla scatola tramite delle cimette ancorate a delle piastre in plastica adesive posizionate sulle pareti della scatola (non vi erano altri punti di ancoraggio). Le piastre in plastica le ho ricavate tagliando longitudinalmente in due il supporto adesivo della GoPro.
Gli elastici di coperta provvedono a tenere la scatola ferma quanto basta impedendole di traslare. E’ importante bloccare la rotazione della scatola poichè su di essa si esercita l’azione laterale del vento, e dell’acqua in caso di capovolgimento.
Il pannello poggia sulla scatola stagna e su una delle ruote del carrello, sistemata sotto gli elastici proprio dietro il boccaporto del gavone di poppa. Chi effettua lunghi viaggi in kayak non può fare a meno del carrello. Le due ruote occupano molto spazio nei gavoni e il miglior modo di sistemarle è in coperta.
Collegando agli occhielli del pannello delle cimette con ganci che si aggrappano agli elastici in coperta, fisso il pannello facendolo poggiare sulla scatola stagna e sulla ruota. E’ molto importante che il pannello si possa muovere, capita infatti non di rado che urti uno scoglio, un altro kayak o una boa. In questo malaugurato caso non subisce alcun danno perchè si sposta per poi ritornare alla sua posizione originale. La scatola stagna si comporta nello stesso identico modo grazie al sistema di fissaggio semi-rigido. Vi posto alcune immagini del sistema montato e dei fissaggi del pannello.
Pretezione dei contatti dall’umidità
Anche se teoricamente la scatola stagna è protetta dall’ingresso di acqua, potrebbe sempre formarsi dell’umidità all’interno, dovuta alla non perfetta tenuta dell’o-ring, perchè sporco, o all’umidità presente sulle nostre mani quando la apriamo. Conviene quindi premunirsi contro questa evenienza e proteggere i contatti elettrici scoperti. Questi sono presenti nelle porte USB in uscita dal trasformatore e in tutte le porte di ingresso e uscita dei power-bank.
In commercio esiste un prodotto che fa al caso nostro, l’H2OFF Electric. Il costo è di 21€ nel momento in cui scrivo. Dalla descrizione leggiamo che:
E’ uno spray che garantisce ai contatti elettrici un’eccellente protezione dall’umidità e dalla corrosione anche in condizioni estreme (protezione dall’acqua di mare) ed in caso di immersione completa. Protegge le apparecchiature elettriche ed elettroniche da umidità, ossidazione, corto circuito e dispersione elettrica. Protegge le attrezzature elettriche ed elettroniche da tutte le forme di umidità: vapore, acqua di condensa, salsedine, nebbia, pioggia, pioggia acida, acqua di mare e acqua clorata. Protegge dalla corrosione.
La durata del film protettivo sui contatti va da un minimo di 1 anno fino ad un massimo di 3 anni.
Prima di ogni viaggio quindi è consigliabile utilizzarlo spruzzandolo sulle porte USB in uscita dal trasformatore e in tutte le porte di ingresso e uscita dei power-bank.
Un ulteriore accorgimento che possiamo usare è quello di mettere sul fondo della scatola stagna un panno assorbente in microfibra. Nel malaugurato caso di ingresso copioso di acqua potrebbe salvarci da un autentico disastro, causato dall’ingresso di acqua nei power-bank.