Nel campo delle energie rinnovabili per uso civile e domestico il fotovoltaico la sta facendo da padrone. Si tratta infatti della soluzione tecnicamente ed economicamente più adatta a soddisfare la sempre crescente richiesta di energia elettrica contenendo contemporaneamente i costi di fornitura. Di seguito analizzeremo il sistema fotovoltaico per poi concentrarci su un suo componente chiave, ovvero le batterie, o accumulatori, per impianto fotovoltaico.
Funzionamento e Componenti Base di un Impianto Fotovoltaico
Il principio su cui si basa il funzionamento di un impianto fotovoltaico è quello della trasformazione dell’energia luminosa del sole in energia elettrica che può quindi essere utilizzata per alimentare abitazioni civili o impianti industriali. Un impianto fotovoltaico può essere teoricamente costituito da due soli elementi: le celle e l’inverter.
Le celle
Le cosiddette celle, generalmente organizzate in grandi pannelli, sono componenti che sfruttando materiali semiconduttori come per esempio il silicio, trasformano la luce proveniente dal sole in energia elettrica.
L’inverter
L’inverter ha il compito di rendere questa energia prodotta dalle celle, che è in corrente continua, in energia utilizzabile per una normale rete domestica, che è invece è come sappiamo in corrente alternata. In pratica l’inverter riceve l’energia elettrica in corrente continua a basso voltaggio dalle celle e la trasforma in corrente alternata a 220 Volt e 50 Hz di frequenza, che sono i valori della rete elettrica pubblica e per cui sono previsti tutti gli elettrodomestici e gli utilizzatori delle nostre case.
La centralina di gestione
Quello descritto sopra è l’impianto di base, perfettamente funzionante, ma di scarsa utilità pratica, in quanto con una configurazione del genere disporremmo di energia elettrica solo per il periodo in cui le celle sono illuminate dal sole, quindi non la notte e non quando le condizioni meteo sono avverse. Per ovviare a ciò anche le abitazioni con impianto fotovoltaico sono collegate alla rete pubblica e dotate di una centralina che si preoccupa di collegare l’impianto di casa al fotovoltaico o appunto alla rete pubblica quando l’impianto fotovoltaico non è sufficiente a garantire abbastanza energia.
Gli accumulatori, o batterie
L’impianto deve essere dimensionato per produrre abbastanza energia in caso di assorbimento massimo, ed è sempre in piena produzione, ma la quantità di energia prodotta dalle celle non è regolabile: esse producono sempre al massimo. Questo significa che quando la richiesta di energia è bassa una grande quantità della stessa resta inutilizzata e viene quindi sprecata.
Per ottimizzare il funzionamento dell’impianto ecco allora che si ricorre all’utilizzo di batterie e accumulatori, i quali hanno lo scopo di immagazzinare l’energia prodotta in eccesso e rilasciarla nella rete domestica in un secondo tempo, sempre attraverso l’inverter, durante la notte o quando le celle non siano in grado di produrre tutto il fabbisogno necessario. Questo fa sì che sarà molto più raro il caso in cui l’abitazione debba essere collegata alla rete elettrica pubblica, riducendo ulteriormente i costi e massimizzando la rendita dell’impianto fotovoltaico.
Accumulatore e batteria: sono la stessa cosa?
Nel linguaggio comune sì, ma tecnicamente presentano una differenza, peraltro molto poco rilevante nel nostro caso.
Il componente atto a immagazzinare energia è l’accumulatore. Caratteristica dell’accumulatore è possibilità di essere ricaricato: una volta ‘’vuoto’’ o meglio scarico, può essere ‘’riempito’’ (caricato) nuovamente tramite un ‘’ciclo di ricarica’’. Per ragioni di ingombro, peso ed efficienza la dimensione di un accumulatore è generalmente abbastanza limitata, ma a piccole dimensioni corrisponde una piccola capacità di accumulo.
Si ovvia alla piccola capacità di accumulo mediante l’accoppiamento di due o più accumulatori, che danno così origine a una batteria di accumulatori. Ecco spiegato così il termine batteria: una batteria è un gruppo di accumulatori nello stesso contenitore collegati insieme internamente. In questo articolo questi due termini hanno generalmente valore equivalente.
Batterie per fotovoltaico
Le batterie per fotovoltaico sono disponibili in diversi formati e realizzate con diverse tecnologie. È molto importante fare un’attenta valutazione prima di decidere quale batteria installare, e questo per due motivi:
- Il costo delle batterie aumenta in proporzione alla loro capacità
- Le batterie, al contrario degli altri componenti dell’impianto fotovoltaico, hanno un ciclo di vita non molto lungo e vanno sostituite nel tempo
Tipi di batterie
I tipi di batterie per impianto fotovoltaico sono principalmente tre.
Batterie al piombo e acido
Sono le batterie più classiche ed economiche, presentano anodo e catodo (i due poli) in piombo immersi in una soluzione detta elettrolita composta da acqua distillata e acido solforico. Possono essere aperti (VLA) oppure ermetici (VRLA). La differenza costruttiva sta nel fatto che nel primo caso l’elettrolita è una soluzione liquida, mentre nel secondo caso è un gel.
Le batterie VLA sono le più economiche in assoluto, ma richiedono una certa manutenzione in quanto l’acqua della soluzione elettrolitica tende a evaporare e vanno quindi periodicamente rabboccate. Le batterie VRLA, invece non presentano questo inconveniente, ma sono un po’ più costose.
In ogni caso il vantaggio del basso costo delle batterie, tanto VLA che VRLA, espone anche a una serie di svantaggi. Queste batterie hanno un’efficienza di circa il 50% e pertanto vanno dimensionate con capacità nominale doppia rispetto alla reale necessità, e le VRLA hanno una durata di circa 5 anni che può scendere anche a soli 3 per le VLA.
Batterie a ioni di litio (Li-Ion)
Le batterie Li-Ion sono notevolmente più costose, ma offrono una serie di vantaggi da considerare. Innanzitutto hanno un’efficienza circa dell’80%, cosa che impone solo un piccolo sovradimensionamento rispetto alle necessità reali e poi, non essendo sensibili ai cicli di ricarica, hanno una durata di circa 12 anni, cioè da 2 a 4 volte quella delle batterie a piombo e acido.
Batterie al Nickel-Cadmio (Ni-Cd)
Si tratta di una batteria di ultima generazione che sfrutta le proprietà dei due materiali principali che la compongono. Presenta il vantaggio di un tempo di ricarica breve, oltre a bassa necessità di manutenzione, durata medio-lunga e possibilità di erogazione di energia costante fino alla scarica completa.
Il costo è abbastanza elevato e corre il rischio di soffrire di quello che è detto ‘’effetto memoria’’ cioè bassa efficienza in caso di ricarica eseguita quando la batteria non fosse ancora completamente scarica. Esistono controversie su questo punto, così come sul fatto che se mantenuta carica per parecchio tempo possa danneggiarsi internamente.
Criteri di scelta
Come scegliere quindi la batteria giusta? Tramite appunto un’attenta analisi delle proprie necessità. Se per esempio il nostro fabbisogno energetico è concentrato nelle ore diurne in quanto siamo a casa e sbrighiamo le nostre faccende domestiche (lavatrice, lavastoviglie ecc.) durante il giorno e la notte abbiamo solo le utenze indispensabili (frigorifero?), non ci servirà una batteria molto grande. Se invece tutti i membri della famiglia sono fuori casa durante il giorno (scuola e lavoro) e i consumi si concentrano di notte, allora il discorso sarà ben diverso.
Se poi il nostro impianto fotovoltaico equipaggia una seconda casa o una casa vacanze che utilizziamo solo per brevi periodi all’anno, magari in estate, allora possiamo orientarci su accumulatori più economici, in quanto visto un utilizzo discontinuo la loro durata sarà comunque molto lunga.
Prezzi
Ma in soldoni, quanto incide il costo della batteria sull’impianto fotovoltaico? Come abbiamo visto nel paragrafo precedente, questo dipende molto dal tipo di batteria che si intende utilizzare. Indicativamente possiamo dire quanto segue:
- Batteria al piombo e acido: circa 3000 Euro per una VLA e 5000 per una VRLA
- Batteria Li-Ion: circa da 6000 a 8000 Euro
- Batteria Nc-Cd: circa da 5000 a 7000 Euro
A quanto sopra vanno poi aggiunti i costi di trasporto e installazione.
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