Impianto fotovoltaico con sistema di accumulo energetico

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In ambito di impianti fotovoltaici per le abitazioni, negli ultimi tempi si parla di sistemi di accumulo energetico. Se ne discute ultimamente perché dal 2014 e, di fatto, in modo più chiaro a giugno 2017, è stata emanata la normativa che regola tali sistemi e le modalità di connessione degli stessi alla rete elettrica nazionale.
Prima di allora l’accumulo era conosciuto e quasi sempre presente principalmente negli impianti fotovoltaici cosiddetti ad isola ovvero quelli completamente scollegati dalla rete elettrica nazionale, localizzati in aree isolate, non servite dalla rete elettrica e/o difficilmente raggiungibili (baite, isole, ecc.) ma anche in situazioni particolari come nelle barche, nei camper, nelle stazioni di rilevamento meteo, ecc. Di seguito descriveremo i sistemi di accumulo energetico fotovoltaico connessi in rete (grid connected), tralasciando invece quelli ad isola.

 

VANTAGGI DEI SISTEMI DI ACCUMULO FOTOVOLTAICI E AMBITO DI UTILIZZO

In un impianto fotovoltaico i vantaggi dell’introduzione dei sistemi di accumulo di energia elettrica sono:

aumento dell’autoconsumo;

• possibilità di avere una riserva di energia elettrica di emergenza da utilizzare (in modo automatico) in caso di blackout della rete elettrica così da non rimanere “al buio”.

Si parla di accumulo energetico riferendosi ad impianti fotovoltaici per le abitazioni anziché a grossi impianti su stabilimenti industriali (spesso energivori), proprio perché ambedue i vantaggi citati derivano (salvo eccezioni) da esigenze che sorgono proprio all'interno delle tipiche utenze domestiche o condominiali. L’autoconsumo infatti è un problema più sentito in un’abitazione piuttosto che in un grosso stabilimento industriale perché i momenti in cui i fabbisogni energetici e la produzione fotovoltaica coincidono (aumento dell’autoconsumo) sono meno probabili in casa piuttosto che in un’azienda con turno lavorativo che avviene solitamente di giorno (quando l’impianto fotovoltaico ha la massima produzione). Il secondo vantaggio citato (avere un sistema di emergenza contro i blackout) è anch'esso generalmente rivolto alle abitazioni anziché ai grossi stabilimenti produttivi in quanto questi ultimi, visti i fabbisogni di gran lunga più consistenti rispetto alle case, hanno spesso già dei gruppi elettrogeni di emergenza e sostituirli con un sistema di accumulo sarebbe troppo oneroso e ingombrante (grosso numero di batterie); c’è di più: un sistema di accumulo fotovoltaico non dev'essere dedicato a risolvere il solo problema del blackout pensandolo solamente come un sistema di fornitura di energia elettrica di emergenza dal momento che la relativa piccola probabilità dei fenomeni di blackout non giustifica i costi delle batterie anche in relazione alla loro durata di vita. Per tali specifiche necessità, tra l’altro, esistono invece appositi sistemi noti con l’acronimo UPS (Uninterruptible Power Supply) che non sono da confondere con i sistemi di accumulo di questo articolo; gli UPS infatti entrano in funzione automaticamente solamente in caso di blackout e non sono programmati per funzionare in parallelo con la rete elettrica (non forniscono mai energia alla rete elettrica); inoltre lo scopo degli UPS è quello di protezione delle apparecchiature contro “sbalzi” e “buchi” di tensione di rete di qualche secondo (al massimo alcuni minuti) e infatti non possiedono generalmente batterie con grosse capacità di accumulo.

 

SISTEMI DI ACCUMULO ENERGETICO GRID CONNECTED

I sistemi di accumulo energetico connessi in rete, spesso abbreviati in ESS (Energy Storage Systems), sono essenzialmente composti da una o più batterie (realizzate con varie tecnologie, generalmente basate sull'elemento Litio) e da apparati per la logica di controllo e gestione; questi ultimi coordinano i cicli di ricarica e scarica delle batterie garantendo che essi avvengano in modo appropriato; assicurano inoltre il rispetto delle normative inerenti la connessione alla rete elettrica nazionale (norme CEI 0-21 e CEI 0-16 principalmente).

La logica di controllo di tali sistemi, tra le altre funzioni, quando se ne verificano le condizioni, consente di ricaricare le batterie direttamente dall'impianto fotovoltaico impiegando l’energia in esubero rispetto ai nostri istantanei fabbisogni; il flusso prioritario dell’energia elettrica prodotta dal sole sarà sempre quello diretto all'autoconsumo ovvero ai nostri fabbisogni istantanei, se ce ne sono; se i fabbisogni sono inferiori rispetto alla quota di energia istantaneamente prodotta dal fotovoltaico, l’energia in surplus invece di essere ceduta in rete viene utilizzata per ricaricare le batterie; una volta che queste sono cariche, l’energia prodotta che supera i nostri fabbisogni tornerà a seguire il normale percorso di cessione alla rete elettrica e potrà essere perciò valorizzata col meccanismo di scambio sul posto (già visto nel nostro articolo Lo Scambio Sul Posto per Impianti FV).
Il sistema di gestione poi, in modo “intelligente”, renderà disponibile l’energia elettrica caricata nelle batterie proprio quando ne avremo bisogno cioè sia quando l’impianto fotovoltaico non ce ne fornisca a sufficienza, sia quando questo non stia producendo, ad esempio in tarda sera e/o notte.
La conseguenza di ciò sarà l’aumento dell’autoconsumo e quindi un vantaggio in termini economici specie, come già scritto, per le abitazioni o comunque nei casi in cui i fabbisogni energetici cadono temporalmente nei momenti in cui l’impianto fotovoltaico non produce o produce poco; si tratta di fatto proprio della situazione di una famiglia tipo i cui componenti di giorno sono al lavoro/scuola mentre di sera tornano a casa ed hanno bisogno di energia elettrica. I sistemi di controllo generalmente coordinano i flussi energetici affinché le batterie di giorno si “carichino” con l’energia dell’impianto fotovoltaico e di notte/sera restituiscano tale energia; tale comportamento si ripete però anche in tutti quei casi/momenti, non legati alla sola alternanza notte/giorno in cui non ci sia coincidenza fra produzione fotovoltaica e istantanea necessità di energia elettrica.

I sistemi di controllo e gestione permettono infine, per determinate tipologie di ESS, di avere a disposizione dell’energia elettrica delle batterie (se precedentemente cariche) nei momenti in cui c’è assenza di energia elettrica dalla rete nazionale (blackout) trasformando perciò il sistema di accumulo in un vero e proprio apparato di alimentazione di emergenza, come un gruppo elettrogeno, con il vantaggio di non doverlo rifornire di diesel o benzina.

 

AUMENTO DELL'AUTOCONSUMO

Nel nostro articolo L'Autoconsumo in un Impianto FV, abbiamo visto quanto sia vantaggioso riuscire a sfruttare direttamente, quanto più possibile, l’energia prodotta istantaneamente dall'impianto fotovoltaico (l’autoconsumo per l’appunto); i ricavi derivanti dalla valorizzazione economica dell’energia da noi prodotta e ceduta in rete con il meccanismo di Scambio Sul Posto non sono infatti paragonabili ai ben più alti benefici monetari indiretti legati al mancato prelievo di energia dalla rete elettrica; l’autoconsumo ricordiamo essere la quota di energia di cui abbiamo avuto a disposizione senza che essa sia stata pagata in bolletta (perché prelevata direttamente dal nostro impianto fotovoltaico).
La differenza economica tra il valore di un kWh direttamente autoconsumato rispetto al valore di quello ceduto in rete (e valorizzato con lo Scambio Sul Posto) non è fissa come visto nel nostro articolo Lo Scambio Sul Posto per Impianti FV (ricordiamo che dipende dal confronto in kWh fra produzione annuale del fotovoltaico e nostri fabbisogni, entrambi su base annuale); tuttavia, nei casi più comuni, il valore monetario del kWh autoconsumato (in euro/kWh) è mediamente doppio rispetto al valore del kWh ceduto; se ne deduce che con un sistema di accumulo che dall'energia prodotta col fotovoltaico incrementi la parte di energia autoconsumata rispetto a quella ceduta, si incrementano anche i vantaggi economici.

 

VALUTAZIONI ECONOMICHE E PUNTI CRITICI DI UN ESS: LE BATTERIE

Nel paragrafo precedente si è scritto che avere delle batterie aumenta la quota di autoconsumo e perciò i rientri economici di un impianto fotovoltaico.
Ma non tutto è oro quello che luccica: prima di acquistare un sistema di accumulo occorre determinare attentamente i reali vantaggi economici relazionandoli alle necessità ed agli stili di vita ovvero ai fabbisogni energetici personali; è necessario perciò considerare in dettaglio i tempi di rientro che, a causa del costo maggiorato di un impianto fotovoltaico con accumulo, potrebbero essere più lunghi rispetto a quelli di un impianto fotovoltaico privo di batterie. Alle considerazioni economiche andranno naturalmente aggiunte pure quelle funzionali inerenti il già citato vantaggio della possibilità di disporre di un sistema di alimentazione di soccorso in caso di blackout.
L’analisi dei tempi di rientro dell’acquisto di un impianto fotovoltaico con accumulo è più difficile rispetto a quella di un normale impianto fotovoltaico a causa della numerosità di flussi e situazioni energetiche che possono presentarsi sulle batterie sia di giorno in giorno che di ora in ora durante l’arco di una specifica giornata. Una valutazione esatta e dettagliata è spesso quasi impossibile da realizzare perché in presenza di batterie, le personali e soggettive necessità dei fabbisogni di energia elettrica in un’abitazione e i loro cambiamenti nel corso delle ore e dei vari giorni dell’anno influenzano molto di più gli studi di fattibilità rispetto al caso di assenza di batterie; l’analisi infatti dipende molto proprio dalla variazione istante per istante dei fabbisogni e tale variabilità influenza molto i conteggi economici a differenza del caso di un impianto fotovoltaico senza accumulo in cui si ragiona invece in termini di medie annuali (sia sui fabbisogni che sulla produzione solare) producendo risultati più attendibili.
Il punto critico nell'analisi di fattibilità tecnico-economica è la batteria (il suo costo) e il tempo di vita utile della stessa che viene dichiarato generalmente sia in anni assoluti che in numero di cicli di vita (cicli di carica/scarica); proprio quest’ultimo parametro è influenzato dalla variabilità dei propri fabbisogni di energia elettrica: più essi variano nel tempo, più aumentano i cicli di carica/scarica e quindi diminuisce la durata assoluta (in anni) delle batterie.
Un sistema di accumulo, date le attuali tecnologie, presenta dei costi legati sostanzialmente proprio alle batterie il cui prezzo, di fatto, risulta al momento non del tutto irrilevante.
Da quanto scritto sulla difficoltà di analisi energetica e quindi della determinazione di esatti tempi di rientro economici, consigliamo di valutare con attenzione l’adozione di sistemi di accumulo per l’impianto fotovoltaico nel caso in cui il fattore economico sia la motivazione predominante all'acquisto. In altri termini, in caso di dubbi, incertezza nelle analisi o bassi gradi di affidabilità delle analisi stesse, sconsigliamo l’adozione di un sistema di accumulo, perlomeno al momento, in attesa di eventuali nuove tecnologie delle batterie che permetteranno bassi costi a parità di caratteristiche.
La predetta prudenza è ancora più giustificata se si considerano anche i tempi di vita medi stimati delle batterie: in assenza di una garanzia scritta dei costruttori di batterie su tali tempistiche, potrebbero anche rendersi necessarie costose e non previste operazioni di manutenzione straordinaria per un nuovo acquisto dei pacchi batterie in sostituzione di quelli esausti; la prematura e inattesa operazione di sostituzione, effettuata prima dei tempi di rientro, andrebbe a sballare l’intera analisi economica allungando di conseguenza i tempi di rientro stessi.
Consigliamo quindi di verificare sempre la presenza di garanzie scritte sul tempo di vita e sui cicli di vita delle batterie. Inoltre è bene affidarsi ad un costruttore affidabile, dalla fama consolidata e preferibilmente che si occupi anche di altro oltre all’accumulo: richiedere l’applicazione di una garanzia magari fra 3 anni ad un produttore che non esiste più (o in fase di dissesto) è ovviamente inutile.

 

TIPOLOGIE DI BATTERIE NEGLI ESS E LORO DURATA DI VITA

La durata di vita di una batteria (non della sua carica) è intesa come il periodo temporale trascorso il quale può rendersi necessario sostituirla, dipende da molti fattori ma i più determinanti sono i cicli di utilizzo (i già citati cicli di vita) e, seppur in modo inferiore, la temperatura di funzionamento (a maggior temperatura corrisponde minor periodo di vita).
I parametri (spesso garantiti) forniti come dati di targa dai costruttori di batterie per indicarne la loro durata sono i già riportati tempo di vita e numero di cicli di vita (cycle life).
Per quest’ultimo parametro non c’è una definizione standard chiaramente definita o normata; ad ogni modo solitamente per “ciclo” si intende un singolo periodo “completo” di carica e scarica della batteria; il numero di “cicli di vita” è inteso invece come il quantitativo di “cicli” che la batteria è in grado di sopportare prima che la sua capacità si riduca al di sotto dell’80% rispetto a quella dichiarata originariamente (ad esempio una batteria che in origine dichiarava una capacità energetica di 10 kWh dopo il numero di cicli di vita non riuscirà più ad immagazzinare tutti e 10 i kWh ma solo 8 kWh).
In realtà al fine del conteggio dei cicli di vita anche i cicli di carica/scarica “intermedia” e non solo i cicli “completi” devono essere considerati; si potrebbe affermare che nel conteggio da effettuarsi ai fini del raggiungimento dei cicli di vita di una batteria, un ciclo di carica/scarica “completo” influirà e verrà conteggiato come “unitario” mentre un ciclo parziale influirà magari un po’ di meno dell’unità (ma dovrà comunque essere conteggiato).
Il tempo di vita, espresso solitamente in anni, indica in termini assoluti il periodo, trascorso il quale, i parametri iniziali di targa della batteria, specie la sua capacità, non sono più garantiti e solitamente peggiorano; da notare che il tempo di vita inizia dalla data di costruzione della batteria e non dal momento del suo primo funzionamento; è da porre attenzione quindi alla data di fabbricazione delle batterie (solitamente marchiata nelle loro carcasse esterne) soprattutto per non rischiare di acquistare accumulatori magari rimasti in magazzino da molto tempo prima della vendita.

I due parametri tempo di vita e cicli di vita sono fra di loro indipendenti: il primo che temporalmente si verifica porta di fatto a considerare la batteria fuori dalle condizioni garantite dal costruttore. In altri termini una batteria che ad esempio abbia un tempo di vita di 3 anni e un numero di cicli di vita pari a 1000, se venisse usata solo per una decina di cicli di carica/scarica ma fosse stata costruita da 4 anni, avrebbe già raggiunto il teorico termine di vita funzionale; allo stesso modo la stessa batteria costruita da meno di 1 anno e che avesse già effettuato 1200 cicli di carica/scarica avrebbe raggiunto comunque anche in questo caso il suo teorico termine di vita funzionale.
Trascorso il numero di cicli di vita o il tempo di vita, la batteria solitamente inizia un processo di invecchiamento piuttosto veloce e in breve le sue caratteristiche di capacità si riducono tanto da rendere inutilizzabile la batteria stessa.

Le batterie più impiegate per i sistemi di accumulo domestici sono quelle agli ioni di litio (Li-Ion) e quelle Litio Ferro Fosfato (LiFePO4), note anche con l’acronimo "LFP"; per queste ultime i costruttori dichiarano prestazioni migliori in termini di tempo di vita e cicli di vita ma di contro i costi sono spesso più che doppi rispetto alle ioni di litio.
Valori medi tipici di durata per le batterie agli ioni di litio sono: tempo di vita di 2-3 anni, cicli di vita pari a 1000; per le batterie LFP vengono invece dichiarati tempi di vita di circa 10 anni e numero di cicli di vita di 2000.
Da quanto detto, si può affermare che le batterie, come gli alimenti, hanno una data di scadenza e si potrebbe perciò pensare di scrivere sulla loro carcassa: “da utilizzarsi preferibilmente entro…”; si noti che in tal caso la parola “preferibilmente”, proprio come il significato assunto su un qualsiasi prodotto alimentare, sarebbe qui riferita a stabilire che, dopo la data di scadenza, la batteria potrebbe ancora essere utilizzata ma le sue caratteristiche originarie (intese come le prestazioni) non sarebbero più garantite (e probabilmente, da quel momento in poi, andrebbero incontro ad un rapido decadimento).

 

CONSIDERAZIONI PRATICHE SULLA DURATA DI UNA BATTERIA IN UN ESS

Ipotizzando che per un sistema di accumulo energetico domestico (ESS) si abbia almeno un ciclo completo di carica/scarica al giorno, nel caso delle batterie agli ioni di litio si avrebbe una durata, riferita ai cicli di vita, pari a circa 2 anni e mezzo (2,7 anni ottenuti come divisione fra 1000 cicli e 365 giorni); il numero 2,7 coincide all'incirca proprio col parametro tempo di vita di targa delle ioni di litio.
Nel caso delle batteria LFP, ragionando allo stesso modo, si avrebbe invece una durata garantita di circa 5 anni e mezzo (5,5 anni ottenuti come divisione fra 2000 cicli e 365 giorni); in questo caso il tempo di vita di 10 anni è temporalmente superiore al tempo corrispondente ai cicli di vita delle LFP; da ciò se ne deduce che in una batteria Litio Ferro Fosfato di un ESS va considerato solitamente il parametro dei cicli di vita piuttosto che il tempo di vita dichiarato, anche se quest’ultimo va comunque verificato ai fini dell’individuazione della data di costruzione della batteria (per scongiurare i rischi di vendite di vecchie riserve di magazzino).
Da quanto esposto si sarà notato che la durata di vita dei due tipi di batteria si riferisce in qualche modo ed è inversamente proporzionale proprio al loro costo; in altri termini si potrebbe dire che la scelta dell’una o dell’altra tecnologia è per certi versi indifferente ai fini delle valutazioni di fattibilità tecnico-economiche: quelle agli ioni di litio (meno costose) potrebbero soltanto prevedere una sostituzione in più (rispetto alle LFP) durante il periodo di riferimento dell’analisi economica.
L’ipotesi appena esposta riferita al conteggio dei cicli di carica/scarica giornalieri valutato al minimo pari ad uno al dì, come visto, potrebbe non essere del tutto reale; nello specifico, solitamente avverrà almeno un ciclo di carica/scarica completo al giorno durante un anno solare ma potranno anche verificarsi cicli di carica/scarica parziali dipendenti, come già spiegato, dalla variabilità temporale dei nostri fabbisogni energetici.
Si è pur scritto che tali cicli parziali di carica/scarica giornalieri, nel calcolo dei cicli di vita dovrebbero essere conteggiati non come unitari ma come un numero inferiore (diciamo 0,5), ad ogni modo essi vanno comunque conteggiati e il risultato finale è che le durate viste per i due tipi di batteria, ioni di litio ed LFP, potrebbero probabilmente ridursi rispetto ai rispettivi 2,7 e 5,5 anni calcolati sopra.
Per intenderci con un esempio: nel caso si abbia un determinato giorno con condizioni meteorologiche variabili, potrebbe verificarsi che in assenza di nuvole le batterie si ricarichino; successivamente, se le nuvole coprissero il sole per qualche minuto, le batterie inizierebbero a scaricarsi per alimentare i fabbisogni domestici istantanei, tali condizioni hanno appena creato, di fatto, un ciclo parziale di carica/scarica; tale situazione potrebbe verificarsi anche più volte nel corso dello stesso giorno (pure 20-30 volte) così che potrebbero aversi, in un anno, probabilmente anche più dei soli 365 cicli di carica/scarica considerati sopra ai fini del calcolo del conteggio dei cicli di vita.

Durante le analisi economiche preventive all'acquisto di un sistema di accumulo occorre valutare assolutamente entrambi i parametri garantiti dal costruttore delle batterie, sia il tempo di vita che i cicli di vita di una batteria. Abbiamo visto che i parametri, fra di loro indipendenti, stimano la durata media di una batteria intendendo con ciò che la batteria funzionerà secondo le specifiche dichiarate o entro il tempo di vita (misurato in anni) oppure fino a quando i cicli di vita (cicli di carica/scarica) saranno inferiori ad un certo numero.
Quanto considerato dovrebbe far emergere con maggiore chiarezza l’importanza nonché la difficoltà di studio di fattibilità economica di un impianto fotovoltaico con accumulo: come detto la minore attendibilità delle stime delle analisi economiche dovrebbe essere di stimolo a maggior prudenza (naturalmente questo vale solo se l’interesse principale dell’iniziativa è quello della massimizzazione del ricavo economico e minimizzazione dei tempi di rientro).

 

UN MITO DA SFATARE

In merito all'ultimo periodo del precedente capoverso c’è da chiarire e sfatare subito una sorta di “mito” dei sistemi di accumulo negli impianti fotovoltaici.
L’interesse principale per l’acquisto di tali sistemi potrebbe essere legato non a vantaggi economici quanto al desiderio di rendersi energeticamente più indipendenti dalla rete elettrica nazionale; una parziale indipendenza è sicuramente concreta, viceversa il totale svincolo dai fornitori di energia elettrica con il solo fotovoltaico con accumulo, effettivamente, non lo è affatto.
Se si intende acquistare un sistema di accumulo per “scollegarsi” completamente e definitivamente dalla rete elettrica nazionale è bene introdurre alcune considerazioni che faranno riflettere sulla effettiva difficoltà (sostanzialmente economica) di poter davvero dire addio alle bollette di energia elettrica.

La dimostrazione può avvenire con un esempio limite (per assurdo) riguardante un impianto dedicato ad un’abitazione con fabbisogni annuali di 4000 kWh; Ipotizzato che sul tetto ci sia spazio a sufficienza per installare un impianto fotovoltaico di grossa taglia (ipotesi già di per se “difficile” se riferita ad una normale utenza domestica) dimensioniamo al fine di installare pannelli per 20 kWp e scegliamo un accumulo di 60 kWh. Tali numeri potrebbero sembrare eccessivi ma vedremo che paradossalmente non sono nemmeno sufficienti; l’analisi che va effettuata ai fini del dimensionamento infatti è riferita al caso peggiore che si verifica nel corso dell’anno, sono perciò da valutare essenzialmente i giorni dei mesi invernali e confrontarli col massimo fabbisogno energetico giornaliero. Si ha:

Ipotizzando di avere batterie inizialmente cariche al massimo ovvero a 60 kWh (ipotesi comunque “difficile” in inverno), se si verificassero anche soli 3 giorni a produzione fotovoltaica minima, non affatto improbabili in inverno, si rimarrebbe concretamente senza energia elettrica in casa perché i 9 kWh prodotti (ammesso che di giorno non si abbiano autoconsumi diretti) non riuscirebbero a ricaricare le batterie a sufficienza; ciò senza introdurre le inevitabili perdite intrinseche del sistema che diminuirebbero ulteriormente i 9 kWh accumulati sulle batterie; la situazione peggiorerebbe poi in eventuali casi di accumulo di neve sui pannelli: in quel caso la produzione solare per alcuni giorni sarebbe a zero.
Si potrebbe anche ipotizzare di utilizzare un gruppo elettrogeno (o altre fonti di energia) per i giorni “difficili” ma resterebbe comunque l’eccessivo dimensionamento dei componenti dell’impianto fotovoltaico e dell’accumulo nonché, soprattutto, il connesso costo dal lunghissimo tempo di rientro.

Da quanto esposto per avere sempre energia occorrerebbero dunque grossi dimensionamenti in potenza dell’impianto fotovoltaico e pacchi batterie dalle capacità di accumulo davvero importanti solo per soddisfare i momenti saltuari ma comunque frequenti (specie in inverno) in cui ci si verifichino condizioni sfavorevoli; la spesa per tale sistema risulterebbe spropositata, inoltre per il 90% dell’anno si utilizzerebbe l’impianto per una sola minima parte, anche inferiore al 20-30% e ad ogni modo il restante 70-80% dei componenti (batterie, pannelli fotovoltaici) subirebbe comunque gli inevitabili segni di invecchiamento temporale; infine il sistema dello Scambio sul Posto, avendo dimensionato l’impianto fotovoltaico per una produzione annuale eccedente di molto i fabbisogni annuali, avrebbe delle condizioni sfavorevoli sulla valorizzazione euro/kWh ceduto in rete.

 

DIMENSIONAMENTO DELLA CAPACITA' DELLE BATTERIE

Al momento la logica che si adotta ai fini del dimensionamento della capacità delle batterie in un ESS mira ad aumentare la percentuale di autoconsumo pur senza esagerare troppo; in caso contrario gli attuali costi delle batterie non riescono infatti a giustificare i vantaggi economici derivati dall'aumento dell’autoconsumo stesso.
La tendenza è quella di avere capacità energetiche di accumulo di qualche kWh e difficilmente si superano i 10 (normalmente si va da 2 kWh fino a 8-10 kWh di capacità).
La capacità va ovviamente relazionata anche alla taglia dell’impianto fotovoltaico e ad ogni modo, piuttosto che analizzare dettagliatamente le situazioni dei flussi energetici nel corso dell’anno (analisi come scritto piuttosto difficile e non del tutto attendibile) si preferisce un dimensionamento tendenzialmente in difetto piuttosto che in eccesso: la prudenza di tale criterio permette comunque di aumentare l’autoconsumo ovvero l’indipendenza dalla rete elettrica pur avendo un occhio di riguardo al portafoglio.

  

DEFINIZIONI E TIPOLOGIE DEI SISTEMI DI ACCUMULO ENERGETICO

La norma tecnica CEI 0-21 fissa le regole tecniche di connessione alla rete degli ESS; essa introduce, tra l’altro, varie definizioni che fissano anche le tipologie e le modalità di connessione dei sistemi di accumulo che possono essere allacciati alla rete elettrica nazionale. Senza addentrarci nei dettagli tecnici riportiamo di seguito solamente parte di alcune definizioni.

Sistema di Accumulo
E’ un insieme di dispositivi, apparecchiature e logiche di gestione e controllo, funzionale ad assorbire e rilasciare energia elettrica, previsto per funzionare in maniera continuativa in parallelo con la rete elettrica nazionale. Il sistema di accumulo può essere integrato o meno con un impianto di produzione (ad esempio un impianto fotovoltaico).
In caso di sistema di accumulo elettrochimico, i principali componenti sono le batterie, i sistemi di conversione mono o bidirezionale dell’energia, gli organi di protezione, manovra, interruzione e sezionamento in corrente continua e alternata e i sistemi di controllo delle batterie e dei convertitori.

Un sistema di accumulo dal punto di vista del funzionamento può essere definito come
MONODIREZIONALE se assorbe energia elettrica (cioè si “carica”) solo dall'impianto fotovoltaico oppure
BIDIREZIONALE se può caricarsi sia dall'impianto fotovoltaico che dalla rete elettrica nazionale.

Dal punto di vista della parte di impianto in cui vengono elettricamente inseriti (ovvero connessi), gli ESS possono essere LATO PRODUZIONE oppure POST PRODUZIONE.
I lato produzione sono quelli installati nel circuito elettrico in corrente continua (eventualmente anche integrati nell'inverter fotovoltaico) oppure nel circuito elettrico in corrente alternata ma comunque collegati nella parte di impianto compresa tra l’impianto fotovoltaico e il contatore dell’energia elettrica prodotta.
Gli ESS post produzione invece sono installati nella parte di impianto compresa tra il contatore dell’energia elettrica prodotta e il contatore dell’energia elettrica prelevata e immessa (cosiddetto contatore di scambio).
Nei sistemi di accumulo bidirezionali connessi lato produzione, il contatore di produzione (normalmente monodirezionale) deve essere di tipo bidirezionale; l’accumulo infatti può consentire di prelevare energia dalla rete (non rilevata da un classico contatore di produzione monodirezionale) e reimmetterla in rete come produzione locale.

La condizione di connessione dei sistemi di accumulo lato produzione e integrati nell'inverter fotovoltaico viene indicata col termine “accoppiamento DC”; la connessione degli ESS esterna all'inverter fotovoltaico sia essa lato produzione che post produzione è invece nota come “accoppiamento AC”.

Oltre alle definizioni precedenti, le informazioni più importanti da considerare per un sistema di accumulo dal punto di vista delle batterie sono le seguenti:
Potenza di Accumulo: potenza massima di spunto istantaneo in kW in carica / scarica delle batterie.
Capacità di Accumulo: capienza energetica UTILE totale in kWh delle batterie.
Tipo di Batterie: come visto le più impiegate di fatto sono quelle a ioni di litio e le Litio Ferro Fosfato (LFP).
Funzione Backup: possibilità del sistema di usare le batterie come di alimentazione di emergenza in caso di blackout.

 

SISTEMI DI ACCUMULO ATTUALMENTE PIU' UTILIZZATI

Gli ESS più impiegati sul mercato per tutte le installazioni ex novo di impianti fotovoltaici con accumulo (ovvero per tutti quegli impianti di recente realizzazione) sono attualmente quelli bidirezionali ad accoppiamento DC ovvero gli ESS collegati lato produzione (prima del contatore di produzione) con batterie integrate negli inverter fotovoltaici.
La motivazione all'adozione di tali topologie nasce dalla possibilità che essi hanno di non incrementare la potenza in immissione richiesta al gestore di rete in fase di domanda di connessione; essa perciò risulta simile alla taglia in potenza dell’impianto fotovoltaico; tale vantaggio è fornito proprio dalla norma tecnica (CEI 0-21).

Gli altri sistemi di accumulo invece (lato produzione o post produzione ma entrambi ad accoppiamento AC), sono meno utilizzati in quanto ai fini della connessione del gestore di rete, le potenze dell’impianto fotovoltaico e quelle dell’accumulo vanno a sommarsi così da rischiare ad esempio di oltrepassare i 6 kW massimi che permettono la connessione monofase (subendo in altri termini l’obbligatorietà dell’allaccio trifase dal gestore di rete con gli inerenti accrescimenti delle spese). E’ da notare che per potenza del sistema di accumulo non si intende la capacità energetica (in kWh) dello stesso ma la sua potenza di spunto (massima) erogabile (in kW).

All'accoppiamento AC solitamente si ricorre nei casi di impianti fotovoltaici senza accumulo già esistenti: infatti per la modalità di “accoppiamento DC” del sistema di accumulo, la norma CEI 0-21 aggiornata obbliga alla certificazione dell’intero sistema inverter fotovoltaico + sistema di accumulo (comprensivo delle batterie) e non è perciò possibile variare ad esempio le batterie (o anche gli inverter) se non esistono appositi certificati e dichiarazioni inerenti la rispondenza dei requisiti alla CEI 0-21 dell’intero blocco.
Questo di fatto, per gli impianti fotovoltaici già esistenti, costringe a dover sostituire sempre l'inverter fotovoltaico pre-esistente a meno che tale inverter sia aggiornabile e previsto nella certificazione del sistema di accumulo (eventualità piuttosto rara). E’ difficile convincere qualcuno che vuole installare un ESS in un impianto fotovoltaico senza accumulo alla sostituzione dell'inverter che possiede magari da soli 2-3 anni; piuttosto si aggiunge l’accumulo, per l’appunto, a valle dell’impianto (accoppiamento AC), anche a costo di dover richiedere al gestore un aumento della potenza di allaccio in immissione.
In altri termini con un sistema attualmente certificato in toto alla CEI 0-21 e dotato di batterie di marca X con inverter di marca Y, nell'eventualità di una futura rottura dell'inverter non riconosciuta dalla marca Y (ad esempio per fallimento della casa di produzione), non sarà possibile sostituire con molta semplicità l'inverter con uno di un’altra marca lasciando le batterie in quanto tutto il sistema dovrà essere certificato e rispondente ai requisiti della CEI 0-21.

L’accoppiamento DC viene più utilizzato anche perché è energeticamente più efficiente: la modalità di installazione delle batterie all'interno degli inverter fotovoltaici, sul lato in corrente continua (comunque attraverso un ulteriore convertitore DC/DC), consente di conseguire un rendimento ottimale del sistema complessivo; l’energia fotovoltaica prodotta dal generatore infatti può essere immagazzinata direttamente nelle batterie senza transitare sul lato in corrente alternata dell’impianto; al contrario, negli ESS connessi in corrente alternata (accoppiamento AC), l’immagazzinamento dell’energia prodotta dal fotovoltaico richiede di operare una doppia conversione (DC/AC nell'inverter fotovoltaico e successivamente AC/DC nel convertitore del sistema di accumulo).

 

 

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