Problema risolto: batteria scollegata

Da quest’estate la MGSU ricarica le sue batterie LiPo con energia pulita. L’idea di elettrificare il Kistenpass risale già a molti anni fa.

Fino all’inizio degli anni 2000, il motore a combustione interna dominava il mondo dell’aeromodellismo motorizzato come tipo di propulsione più efficiente. Nel giro di pochi anni, la propulsione elettrica è diventata il sistema di propulsione più importante per l’hobby dell’aeromodellismo. Nonostante tutti i vantaggi, la ricarica delle batterie LiPo sul campo di volo rappresenta tuttavia una grande sfida.

Una possibilità di ricarica presso il campo di volo comporterebbe quindi numerosi vantaggi:

• Maggiore flessibilità in termini di numero di voli e gestione delle batterie
• Meno batterie LiPo da portare con sé
• Le singole batterie LiPo vengono utilizzate in modo più intensivo, il che spesso si riflette positivamente sulla loro durata.

Circa 2 anni fa sono state contattate le aziende municipalizzate di Winterthur per un preventivo relativo a un allacciamento elettrico. Da quanto emerso, il costo ammontava a circa CHF 170'000.-. Considerato questo prezzo, l’idea è stata rapidamente scartata. Un articolo apparso sulla rivista «Modellflugsport» a cura della MG Gossau (ZH) sulla ricarica a 3C ha spinto nuovamente alcuni soci ad affrontare il tema delle batterie scariche presso l’aerodromo. Così è successo ciò che doveva succedere. Nella primavera del 2018 sono stati discussi in seno al consiglio direttivo i primi progetti relativi alle alternative. In concreto, sono iniziati i lavori per il

Richiesta presentata nell'ottobre 2018. All'assemblea generale del gennaio 2019 è stato poi presentato il progetto «Energia solare», che è stato approvato a larga maggioranza.

• Budget del progetto: CHF 15'000.-
• Realizzazione di un impianto fotovoltaico con accumulatori come sistema di stoccaggio temporaneo e collegamenti a bassa tensione per i caricabatterie.
• Messa in funzione nell’estate del 2019.

Da marzo in poi, quindi, tutto è proceduto a ritmo serrato. Il team di progetto era composto da 6 membri che, da quel momento in poi, hanno lavorato giorno e notte con grande dedizione alla progettazione e alla realizzazione, per riuscire a rispettare la scadenza serrata fissata per l’estate. Nel corso del progetto si sono presentate anche alcune sfide da superare:

• Per poter rispettare la tempistica, l’installazione non doveva richiedere alcun permesso di costruzione
• Orientamento del tetto verso est e ovest con ombreggiamento da parte degli alberi sul lato più favorevole (est)
• Montaggio dei pannelli e progettazione della struttura del tetto
• Scelta e capacità delle batterie: le batterie LiFePO4 resistenti ai cicli di carica/scarica, particolarmente adatte, sono molto costose; le batterie al piombo-gel hanno prestazioni inferiori e una durata relativamente breve; le LiPo richiedono maggiore attenzione nella manipolazione, sono meno robuste dal punto di vista meccanico rispetto alle LiFePO4, ma in compenso sono più economiche. I regolatori di carica e i sistemi di monitoraggio delle batterie sono tipicamente progettati per batterie al piombo e LiFePO4.
• Sistema di gestione della batteria (BMS) con bilanciatore
• Protezione antincendio, sicurezza nella manipolazione delle batterie LiPo
• Tempo necessario per il montaggio
• Visualizzazione intuitiva dei dati tramite software open source

La sfida più ardua si è rivelata essere la questione della batteria. Alla fine, nel team di progetto abbiamo deciso di utilizzare come accumulatori di energia delle celle LiPo con un bilanciatore progettato appositamente. Queste, infatti, sono state acquistate a un prezzo vantaggioso all’interno dell’associazione, poiché originariamente erano destinate a un veicolo elettrico. Dopo approfondite valutazioni, siamo giunti alla conclusione che i rischi fossero gestibili. Il bilanciatore è stato progettato attorno al chip BMS BQ78PL116 (progetto di riferimento adattato da Texas Instruments). Tuttavia, la scelta dei regolatori di carica e dei sistemi di monitoraggio della batteria è stata nuovamente limitata dal fatto che la maggior parte dei sistemi è progettata per batterie al piombo o LiFePO4. La tensione nominale di 3,7 V richiede curve caratteristiche e limiti di tensione diversi. I prodotti Victron Solar della linea SMART, invece, grazie alle loro opzioni di programmazione personalizzate, hanno potuto essere adattati perfettamente alle nostre esigenze. Le batterie sono installate in appositi alloggiamenti da 8 celle, all’interno di un telaio per carichi pesanti, separatamente dal quadro elettrico. Ciò consente un facile accesso in caso di eventuali interventi di manutenzione e protegge la club house dalle conseguenze di un cortocircuito in una cella. Inoltre, per preservarle e aumentarne la durata, le batterie vengono utilizzate tra il 40 e il 70% della loro capacità (da 3,75 a 3,9 V/cella). La capacità necessaria è stata ottenuta raddoppiando il numero di celle rispetto al progetto iniziale. Se dovesse comunque esaurirsi la «carica» e non fosse quindi possibile ricaricare, il sito web del club fornisce informazioni in tempo reale sullo stato di carica attuale delle batterie. Ciò consente di informarsi sulla situazione di carica in loco prima di partire da casa.

Utilizziamo un moderno regolatore di carica MPPT (Max Power Point Tracking) insieme a un ottimizzatore di potenza, poiché questa combinazione sfrutta in modo ottimale la potenza dei pannelli solari. In questo modo, ad esempio, gli effetti della temperatura e dell’ombreggiamento hanno un impatto minore e i pannelli solari possono funzionare al loro punto di funzionamento ottimale con la massima efficienza. Sulla parete esterna del rifugio dell’associazione è stata realizzata una nuova e ampia superficie di appoggio per ospitare caricabatterie e batterie. Inoltre, è stata installata una scatola di collegamento chiudibile a chiave con sei possibilità di collegamento per ciascuna tensione (12 V/24 V). Il montaggio dei pannelli solari era previsto per sabato 29 giugno 2019. Il tempo non avrebbe potuto essere migliore: cielo azzurro e limpido, sole splendente e temperature elevate. Così, alle 8.00, il team di progetto e alcuni volontari si sono ritrovati all’aerodromo. Il materiale è stato rapidamente disposto, sono stati effettuati i lavori preparatori e ben presto si è proceduto al montaggio dei pannelli solari. Grazie alla buona preparazione e alle mani che ci hanno aiutato, poco dopo mezzogiorno abbiamo potuto ammirare il lavoro svolto. I passi successivi nei giorni seguenti sono stati il cablaggio (professionale) dei vari componenti.

Secondo le stime, il consiglio direttivo, il team di progetto e alcuni membri della MGSU hanno dedicato oltre 1100 ore a questo progetto, con un costo complessivo per l’allestimento tecnico pari a quasi CHF 14'500.–. Tutto sommato, abbiamo ottenuto una soluzione ottimale per la nostra situazione e il miglior rapporto costi-benefici per le nostre esigenze. L’impianto è in funzione da agosto e registra una domanda crescente di corrente di ricarica presso il campo di volo per aeromodelli. Viene utilizzato quotidianamente e presenta una riserva sufficiente per il futuro.
L’8 settembre (in una giornata piovosa) la stazione di ricarica è stata consegnata in occasione della «Giornata delle porte aperte della sede del club» del gruppo di aeromodellismo. Il maltempo, tuttavia, non ha impedito ai soci di festeggiare l’evento con salsicce e birra e di testare a fondo l’impianto nonostante le condizioni meteorologiche avverse. Da allora la stazione di ricarica ha dato prova della propria efficacia e finora ha sempre avuto «energia» a sufficienza per le nostre batterie di volo scariche. A nome del MG Sulzer, ringrazio le federazioni nazionali NOS, SMV e ZKS per il generoso sostegno finanziario.