Calcolo batterie accumulo fotovoltaico: capacità, dimensionamento, scelta

Vuoi scoprire tutti i vantaggi di utilizzare fotovoltaico e batteria di accumulo per massimizzare autoconsumo ed autosufficienza? Guida completa, compresa di dimensionamento e calcolo capacità batterie accumulo fotovoltaico online, alla scelta della batteria accumulo fotovoltaico tra Sonnen Hybrid 9.53, Fimer, Kostal, Huawei ed i migliori marchi.

Fotovoltaico: autoconsumo e autosufficienza

Un impianto fotovoltaico è innegabilmente necessario in un nuovo edificio residenziale.

La modalità più immediata per usufruirne è l'autoconsumo, ovvero utilizzare l’energia solare contestualmente alla sua produzione, ad esempio semplicemente accendendo alcuni elettrodomestici energivori come lavatrice o asciugatrice quando splende il sole. Chiaramente questo non è sempre semplice e non possiamo andare oltre un certo limite nei consumi.

Un ulteriore vantaggio di un impianto fotovoltaico è quello di renderci maggiormente indipendenti dalla fornitura di energia elettrica: possiamo così ottenere un determinato grado di autosufficienza, ovvero la percentuale di energia elettrica consumata che viene fornita dal sole.

Autoconsumo ed autosufficienza sono due aspetti differenti di un impianto fotovoltaico:

• in estate, con una grande produzione, abbiamo un autoconsumo limitato ma una elevato grado di autosufficienza
• d'inverno, con produzione molto ridotta, avremo un autoconsumo pressoché totale ma una grado di autosufficienza limitato

Ma quali sono gli accorgimenti da seguire per massimizzare i benefici di un impianto fotovoltaico nella nostra casa?

Come migliorare l'autoconsumo fotovoltaico

Per migliorare, in modo progressivo, il livello di autoconsumo del nostro impianto fotovoltaico abbiamo a disposizione un ventaglio di azioni possibili:

1. riscaldamento e produzione acqua calda sanitaria mediante una pompa di calore Smart Grid Ready, in grado di aumentare automaticamente la potenza termica in presenza di un eccesso di produzione solare
2. accensione automatica, ove possibile, degli elettrodomestici energivori in presenza di energia solare grazie all'utilizzo di un dispositivo di monitoraggio e gestione dei carichi come, ad esempio, Elios4You, Shelly EM o Smappee
3. ricarica dell'auto elettrica mediante una stazione di ricarica, possibilmente integrata col sistema di gestione dell'energia
4. utilizzare una batteria accumulo fotovoltaico elettrico
5. ottimizzare il dimensionamento dell'impianto fotovoltaico ed il calcolo batterie accumulo fotovoltaico capacità in funzione del proprio profilo di consumo

L'utilizzo di un dispositivo per il monitoraggio e controllo dei carichi, anche senza batteria accumulo fotovoltaico, consente già di raggiungere risultati interessanti in termini di incremento dell'autoconsumo:

Per approfondire come migliorare l'autoconsumo fotovoltaico grazie all'integrazione con una pompa di calore mediante un dispositivo di controllo dei consumi, puoi anche leggere i miei articoli su pompa di calore Smart Grid Ready e Shelly EM.

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Vantaggi batteria accumulo fotovoltaico per autoconsumo ed autosufficienza

Approfondiamo ora come una batteria accumulo fotovoltaico può aumentare l’autoconsumo rendendo disponibile anche di sera o di notte l'energia solare prodotta durante il giorno.

Possiamo capirlo facilmente osservando l'andamento nel corso di una giornata della potenza elettrica consumata e prodotta in assenza e presenza di batteria accumulo fotovoltaico:

Ragioniamo su qualche numero considerando, a titolo indicativo, il caso di una famiglia tipo:

• consumo annuo di elettricità di 4.500 kWh
• impianto fotovoltaico con potenza compresa tra 3 e 6 kWp

In questa situazione è ragionevole stimare come l'autoconsumo fotovoltaico sia intorno al 30%.

Utilizzando delle batterie accumulo fotovoltaico, con capacità compresa tra 4 e 6 kWh, è possibile aumentare l’autoconsumo fino al 70%.

Per generalizzare il concetto è possibile rappresentare su un grafico l'autoconsumo raggiungibile in funzione di:

• consumo annuo di energia elettrica (misurato in kWh)
• potenza dell’impianto fotovoltaico (misurata in kWp)
• capacità delle batterie accumulo fotovoltaico (misurata in kWh)

Per generalità di lettura del grafico dell'autoconsumo, la potenza del fotovoltaico e la capacità delle batterie accumulo fotovoltaico sono state normalizzate rispetto al consumo annuo:

Applichiamolo utilizzando i dati precedenti:

• consumi annui 4.500 kWh
• potenza fotovoltaico 4,5 kWp - normalizzata rispetto ai consumi diventa 1,0
• capacità batterie accumulo fotovoltaico 6 kWh - normalizzata rispetto ai consumi diventa 1,33

In questa situazione la stima di autoconsumo fotovoltaico raggiungibile è intorno al 60%.

Come vedete, noti i consumi elettrici annui è possibile trovare il punto di equilibrio più adatto di potenza fotovoltaico e capacità batterie accumulo fotovoltaico per raggiungere un livello di autoconsumo elevato.

Possiamo costruire lo stesso tipo di diagramma relativamente al livello di autosufficienza, ovvero di copertura dei consumi complessivi:

Come atteso per innalzare significativamente il livello di autosufficienza è necessario investire molto sia sulla taglia del fotovoltaico che sulla capacità delle batterie di accumulo: potrebbe essere non efficiente dal punto di vista economico.

Spingendosi al limite superiore è possibile dotarsi di un sistema Off Grid progettato per operare senza connessione alla rete elettrica.

Calcolo batterie accumulo fotovoltaico capacità e dimensionamento

Il dimensionamento delle batterie accumulo fotovoltaico dovrebbe essere tale da assicurare uno scaricamento sostanziale durante la notte in modo da essere pronte per la successiva disponibilità di elettricità solare del giorno seguente.

Dimensionamento capacità e calcolo batterie accumulo fotovoltaico sono determinati anche dalla potenza dell'impianto fotovoltaico che, sottratto l’autoconsumo contestuale alla produzione, in una giornata di sole dovrebbe essere in grado di caricare completamente la batteria.

Nel calcolo e dimensionamento capacità batterie accumulo fotovoltaico, dovremo ovviamente trovare un compromesso tra estate ed inverno:

• estate: produzione fotovoltaico elevata, consumi minori
• inverno: produzione fotovoltaico ridotta, consumi elevati

Nella pratica è possibile effettuare il calcolo ed il dimensionamento delle batterie accumulo fotovoltaico nel modo semplificato seguente:

Capacità batterie accumulo fotovoltaico = min (0,10 % ÷ 0,15 % consumi annui totali; 1,5 * potenza FV)

Applicandolo concretamente con consumi annui di 4.500 kWh e potenza FV 5 kWp otteniamo col calcolo batterie accumulo fotovoltaico una capacità tra 4,5 e 7 kWh.

Ho provato a sintetizzare in questa tabella sinottica di riferimento il dimensionamento e calcolo capacità batterie accumulo fotovoltaico, nelle righe i consumi, nelle colonne la potenza del fotovoltaico considerando solamente delle combinazioni plausibili in termini di autoconsumo ed autosufficienza ottenibili:

Per la massima comodità ho anche realizzato questo semplice tool online per il calcolo batterie accumulo fotovoltaico:

Caratteristiche batteria accumulo fotovoltaico

Il mercato delle batterie accumulo fotovoltaico è assolutamente molto dinamico. Vengono regolarmente presentati nuovi modelli di batteria accumulo fotovoltaico e la disponibilità è sempre maggiore.

Quando si sceglie una batteria accumulo fotovoltaico dovrebbero essere prese in considerazione le caratteristiche seguenti:

• capacità netta delle batterie accumulo fotovoltaico
• durata della batteria
• potenza massima assorbita
• potenza massima fornita
• funzionalità aggiuntive come come il peak shaving o il backup
• peso ed ingombro

La durata della batteria è normalmente espressa in in numero di cicli di ricarica, ovvero lo scaricamento della batteria fino ad una profondità definita (in % della capacità delle batterie accumulo fotovoltaico) e la successiva ricarica.

Una batteria non dovrebbe essere scaricata al 100%, perché la cosiddetta scarica profonda è dannosa. Quindi si parla di capacità netta delle batterie accumulo fotovoltaico.

La densità di energia di una batteria indica quanta energia può essere immagazzinata per unità di peso.

Le tecnologie utilizzate per le batterie di accumulo fotovoltaico sono al litio ed al piombo, aventi caratteristiche profondamente differenti:

Una batteria accumulo fotovoltaico va scelta coerentemente con le proprie esigenze:

• potenza dell’impianto fotovoltaico
• potenza complessiva dei carichi collegati
• tipologia di utilizzo (seconda casa, case unifamiliari o plurifamiliari)
• livello e profilo di consumo
• possibile luogo di installazione

Una batteria accumulo fotovoltaico può operare come backup in assenza di rete elettrica ma non confondetela con un UPS: normalmente ha tempi di reazione lenti e non è in grado di garantire la continuità nel momento preciso dell'interruzione.

Tipologie di installazione batteria accumulo fotovoltaico

Sono possibili due tipologie di installazione della batteria di accumulo rispetto all'impianto fotovoltaico:

• collegamento lato corrente continua (CC o DC): utilizzato per nuovi impianti
• collegamento lato corrente alternata (CA o AC): normalmente utilizzato per aggiungere una batteria di accumulo ad un impianto fotovoltaico esistente (retrofit)

Nuovo impianto (collegamento corrente continua)

Nel caso di nuovo impianto, sia fotovoltaico che batteria di accumulo, la soluzione più efficiente prevede il collegamento in corrente continua di batteria e fotovoltaico:

I vantaggi di questa soluzione sono i seguenti:

• Sistema compatto costituito solamente da inverter, regolatore di carica e batteria
• Efficienza maggiore poiché non vi è alcuna conversione continua/alternata/continua tra fotovoltaico e batteria di accumulo
• Costo minore per la potenziale presenza di un solo dispositivo che integra tutti i componenti

Retrofit (collegamento corrente continua)

Nel caso di un impianto fotovoltaico esistente è comunque possibile aggiungere la batteria di accumulo mantenendo l'inverter esistente effettuando il collegamento lato corrente alternata:

I vantaggi di questa soluzione sono i seguenti:

• Maggiore flessibilità nella scelta di inverter e batteria che sono indipendenti tra di loro
• Prodotti diversi selezionabili liberamente
• Batteria alimentata dalla rete con facilità
• Efficienza inferiore per la doppia conversione tra fotovoltaico e batteria
• Costo maggiore per la presenza di più dispositivi

Tipologie di batteria accumulo fotovoltaico

Sul mercato possiamo trovare le tipologie di soluzioni seguenti:

• batteria accumulo con inverter integrato: racchiude tutti i componenti, è la soluzione completa col vantaggio di un solo fornitore
• batteria accumulo fotovoltaico
• inverter ibrido: è la soluzione che permette di installare un nuovo impianto fotovoltaico o per il retrofit di un impianto esistente ed essere pronti ad aggiungere successivamente le batterie di accumulo

Batteria accumulo fotovoltaico con inverter integrato

Ho selezionato le migliori soluzioni di batteria accumulo fotovoltaico con inverter integrato presenti sul mercato italiano che siano adatte ad una nuova abitazione unifamiliare:

Alpha ESS SMILE5

Il sistema di accumulo Alpha ESS SMILE5 è una soluzione energetica completa costituita da:

• inverter fotovoltaico (con doppio MPPT fino a 6kWp) e batteria di accumulo
• modulare: fino a 5 moduli batteria a 48V da 5,7 kWh l'uno
• adatto a nuove installazioni lato DC ed installazioni in retrofit lato AC
• Funzionalità UPS (anti-black-out)
• Garanzia di 10 anni sulla batteria senza limiti di cicli

Trovo molto interessante la possibilità dell'Alpha ESS SMILE5 di intervenire in retrofit su un impianto fotovoltaico esistente potendo aggiungere ulteriori 6,6 kWp lato DC come se fossero un impianto ad isola:

Amphere Energy Tower PRO

Accumulo fotovoltaico Fimer PowerX e React 2

L'azienda italiana Fimer offre due soluzioni per l'accumulo di energia fotovoltaica:

• Fimer PowerX: batteria di accumulo fotovoltaico in 3 taglie (capacità 9,6 / 12.8 / 16 kWh) installabili in cascata (fino a 3 unità per 48 kWh totali); disponibile in 5 colori

• Fimer React 2: accumulo fotovoltaico con inverter ibrido con capacità da 4 a 12 kWh e potenza da 3,6 e 5,0 kW

SolaX Power X-ESS G4

Si tratta di un sistema modulare costituito dai seguenti componenti:

• inverter ibrido SolaX Power X1/X3 Hybrid G4
• modulo per Matebox che collega inverter, batterie di accumulo, rete elettrica e carichi
• batteria di accumulo SolaX Power Triple Power

sonnenBatterie 10 e Hybrid 9.53

La famosa azienda tedesca Sonnen propone due soluzioni in grado di coprire qualsiasi esigenza:

• sonnenBatterie 10: sistema di accumulo versatile e affidabile, ideale per impianti fotovoltaici esistenti con capacità compresa tra 5,5 e 22 kWh e potenza massima di 4,6 kW

• sonnenBatterie Hybrid 9.53: soluzione completa ed efficiente con inverter fotovoltaico integrato per nuovi impianti con capacità compresa tra 2,5 e 15 kWh e potenza massima di 3,3 kW

Lo schema di funzionamento della batteria di accumulo sonnenBatterie Hybrid 9.53 è il seguente:

Il comportamento è quello standard:

• produzione fotovoltaico > consumi elettrici: si utilizza il surplus per caricare la batteria di accumulo, immettendo in rete solamente l'eventuale ulteriore eccedenza
• consumo elettrico > produzione fotovoltaico: la batteria si scarica per compensare la potenza mancante, prelevando eventualmente dalla rete elettrica l'eventuale necessità ulteriore

Viessmann Vitocharge VX3

Batteria accumulo fotovoltaico

Alta o bassa tensione cosa vuole dire?

Caratteristiche da mettere a confronto:

• capacità batterie accumulo fotovoltaico (kWh)
• potenza (kW)
• tecnologia batterie (litio, piombo)
• peso
• modelli di inverter ibrido compatibili

I principali modelli di batteria accumulo fotovoltaico disponibili sul mercato sono i seguenti:

• BYD Battery Box Premium HVS e HVM
• Enphase Encharge: compatibili solo con inverter Ephase
• GoodWe Lynx Home U
• Huawei Luna2000
• LG Energy Solutions Resu e Resu Prime
• Peimar LV
• Pylontech Force L1, Pylontech Force L2, Pylontech Force H1 e Pylontech Force H2
• SolaX Power Triple Power
• SolarEdge Energy Bank
• Solarwatt Battery Flex
• sonnenBatterie 10
• Sungrow SBR
• Tesla Powerwall
• WeCo 5K3 LV/HV e WeCo 4K4PRO LV

BYD Battery Box Premium HVS e HVM

L'azienda cinese BYD Battery Box propone due modelli di batterie di accumulo fotovoltaico ad alta tensione (51,2 V o 102,4 V per modulo) adatte all'uso domestico:

• BYD Battery Box Premium HVS: capacità da 5,1 a 12.8 kWh collegabili in parallelo (fino a 3)
• BYD Battery Box Premium HVM: capacità da 8,3 a 22,1 kWh collegabili in parallelo (fino a 3)

Un grande vantaggio delle batterie di accumulo BYD Battery Box Premium HVS e HVM è l'elevato numero di modelli di inverter ibrido compatibili:

GoodWe Lynx Home U

Huawei Luna2000

LG Energy Solutions Resu e Resu Prime

Anche nel caso delle batterie di accumulo LG Energy Solutions ci sono innumerevoli modelli di inverter ibrido compatibili:

• Ingeteam IS Storage 1Play
• SolarEdge
• SMA Sunny Island
• SMA Sunny Boy Storage
• Sungrow SH
• Viessmann Hybrid Inverter

Peimar LV

Pylontech Force L1/L2 e Force H1/H2

SolarEdge Energy Bank

Sungrow SBR

Tesla PowerWall

Inverter ibrido On Grid

Le caratteristiche da mettere a confronto sono le seguenti:

• potenza nominale fotovoltaico
• potenza uscita
• potenza carica/scarica batteria
• numero MPPT
• batteria compatibili: per assicurare la massima flessibilità nella scelta
• nuovo impianto o retrofit
• gestione tariffa bioraria

I principali modelli di inverter ibrido disponibili sul mercato sono i seguenti:

Energy ZeroCO2 small

Fronius GEN24 Plus

Huawei Smart Energy Center

SolaX X1-Hybrid

Storage fotovoltaico Kostal Piko MP plus e Plenticore plus

Le soluzioni di accumulo fotovoltaico Kostal per l'uso domestico disponibili sono due:

• Kostal Piko MP plus: inverter fotovoltaico monofase da 1,0 a 5,0 kW compatibile con le batterie di accumulo BYD Battery Box HV con capacità da 5,1 a 22,1 kWh

• Kostal Plenticore plus: inverter ibrido trifase da 5,5 kW compatibile con la batteria di accumulo BYD Battery Box HV con capacità da 5,1 a 22,1 kWh

SolarEdge StorEdge

Presa domestica e Wall Box ricarica auto elettrica con fotovoltaico

Ho preso in considerazione esclusivamente i prodotti che prevedono una integrazione nativa con l'impianto fotovoltaico e la batteria di accumulo.

Molto interessante è anche la sperimentazione avviata con la Delibera 541/20/R/EEL per la ricarica intelligente nelle fasce orarie con tariffe ridotte (F3). Potete approfondire sul sito del GSE nella sezione Ricarica Veicoli Elettrici dove è anche presente un elenco aggiornato dei dispositivi idonei alla sperimentazione.

Per approfondire puoi leggere il mio articolo sulla ricarica domestica auto elettrica e fotovoltaico.

Leggi tutti i miei articoli sul Fotovoltaico:

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