Come si calcola la capacità giusta di una batteria di accumulo per il fotovoltaico

Dopo la domanda "quanti kWp di fotovoltaico mi servono?", arriva quasi sempre la seconda:

"Che batteria devo mettere?"

La risposta più pericolosa è anche la più comoda: "hai un impianto da 6 kWp, quindi metti una batteria da 10 kWh". Oppure: "più è grande, meglio è". Oppure ancora: "così diventi indipendente dalla rete".

In realtà una batteria di accumulo non si dimensiona bene con una proporzione fissa rispetto alla potenza del fotovoltaico.

La capacità giusta dipende soprattutto da tre dati:

• quanta energia fotovoltaica avanza durante il giorno;
• quanta energia consumi quando il fotovoltaico non produce;
• quante volte, durante l’anno, la batteria riesce davvero a caricarsi e scaricarsi.

Una batteria non serve a conservare l’estate per l’inverno. In un impianto domestico connesso alla rete serve, nella maggior parte dei casi, a spostare energia di alcune ore: dal giorno alla sera, dalla produzione solare ai consumi che arrivano dopo.

Per questo, prima di scegliere una taglia, bisogna capire che cosa si vuole ottenere.

A cosa serve davvero una batteria

Un sistema di accumulo serve a immagazzinare energia elettrica prodotta e non consumata subito, per renderla disponibile in un momento successivo.

Nel caso tipico di un impianto fotovoltaico domestico, la logica è questa:

• prima la casa usa direttamente l’energia prodotta dal fotovoltaico;
• se il fotovoltaico produce più dei consumi istantanei, la batteria si carica;
• quando il fotovoltaico non basta, la casa usa l’energia della batteria;
• quando anche la batteria non basta, si preleva energia dalla rete.

Questa sequenza è importante: la batteria non aumenta la produzione del fotovoltaico. Permette solo di usare più tardi una parte dell’energia che altrimenti sarebbe stata immessa in rete.

Quindi il suo obiettivo principale non è "fare autonomia totale", ma aumentare l’autoconsumo e ridurre i prelievi nelle ore senza sole.

Sistema di accumulo, non solo batteria

Nel linguaggio comune si dice "batteria", ma dal punto di vista tecnico sarebbe più corretto parlare di sistema di accumulo.

Il motivo è semplice: non c’è solo il pacco batterie. Ci sono anche elettronica di potenza, convertitori, protezioni, sistemi di controllo, logiche di gestione, comunicazione con l’inverter e, in alcuni casi, funzioni di backup.

Questo aspetto conta anche nel dimensionamento.

Due batterie con la stessa capacità nominale possono comportarsi in modo diverso se hanno:

• capacità utile diversa;
• potenza di carica/scarica diversa;
• rendimento diverso;
• logiche di gestione diverse;
• possibilità o meno di funzionare in backup;
• collegamento lato corrente continua o lato corrente alternata.

Per un utente finale la domanda pratica è: "quanti kWh posso usare davvero e con quale potenza?".

kWh nominali, kWh utilizzabili e potenza

Quando si parla di accumulo, la grandezza più evidente è il kWh.

Una batteria da 10 kWh sembra contenere 10 kWh. Ma non sempre quei 10 kWh sono tutti utilizzabili.

Bisogna distinguere almeno tre dati:

• capacità nominale, cioè la capacità dichiarata del sistema;
• capacità utile o utilizzabile, cioè l’energia effettivamente disponibile per l’utente;
• potenza di carica/scarica, cioè quanti kW la batteria può assorbire o erogare in un dato momento.

Capacità e potenza non sono la stessa cosa.

La capacità dice "quanta energia posso immagazzinare". La potenza dice "quanto rapidamente posso caricarla o scaricarla".

Esempio semplice:

batteria utile = 10 kWh
potenza massima di scarica = 3 kW

In teoria quella batteria può erogare 3 kW per circa 3 ore, oppure 1 kW per circa 10 ore, al netto delle perdite e delle logiche di gestione.

Se però in casa si accendono contemporaneamente forno, piano a induzione, pompa di calore e altri carichi, la capacità non basta a dire se la batteria può sostenerli. Bisogna guardare anche la potenza.

SoC, DoD, cicli e rendimento

Ci sono quattro parole tecniche che conviene conoscere, almeno in modo pratico.

Il SoC, State of Charge, è lo stato di carica della batteria. Se il SoC è 60%, significa che la batteria è carica al 60% della sua capacità di riferimento.

Il DoD, Depth of Discharge, è la profondità di scarica. Indica quanta parte della capacità viene scaricata in un ciclo. Una batteria non viene normalmente scaricata fino a zero reale, per motivi di durata e protezione.

I cicli indicano quante volte la batteria può caricarsi e scaricarsi prima di degradarsi oltre un certo limite. Una batteria che lavora molto fa più cicli; una batteria molto grande, ma poco usata, può fare pochi cicli utili.

Il rendimento indica quanta energia torna disponibile dopo il ciclo di carica e scarica. Se carico 10 kWh nella batteria, non è detto che ne possa riavere 10 kWh. Una parte si perde nelle conversioni e nella gestione del sistema.

Questo è uno dei motivi per cui non conviene mettere una batteria solo per "non immettere nulla in rete". L’energia che passa dalla batteria ha valore, ma ha anche perdite, costo iniziale e usura.

La formula pratica

Per una prima stima, la capacità utile della batteria dovrebbe essere vicina al minore tra due valori:

capacità utile batteria =
minimo tra surplus FV giornaliero caricabile
e consumo serale/notturno copribile

Tradotto:

la batteria deve essere abbastanza grande da assorbire l’energia fotovoltaica che avanza durante il giorno, ma non così grande da restare vuota perché l’impianto non riesce a caricarla.

E deve essere abbastanza grande da coprire una parte sensata dei consumi dopo il tramonto, ma non così grande da restare piena perché la casa non consuma abbastanza nelle ore successive.

La batteria giusta è quella che lavora spesso.

Il dato da cercare: il surplus fotovoltaico

Il surplus fotovoltaico è l’energia prodotta dall’impianto che, in quel momento, non viene consumata dalla casa.

Esempio:

produzione FV in un’ora = 4 kWh
consumo casa nella stessa ora = 1,5 kWh
surplus potenziale = 2,5 kWh

Quel surplus può andare in batteria, se la batteria ha spazio e potenza di carica sufficiente. Se la batteria è piena o non riesce ad assorbire tutta la potenza disponibile, l’energia in eccesso viene immessa in rete.

Per questo, per dimensionare bene una batteria, il dato migliore non è il consumo annuo. Sono i dati orari, o almeno giornalieri, di produzione e consumo.

Con i soli kWh annui si può fare una stima grossolana. Con i profili orari si può capire davvero quanta energia può passare dalla batteria.

Il secondo dato: i consumi quando il sole non c’è

Poi bisogna guardare quanta energia viene consumata quando il fotovoltaico non produce o produce poco.

In una casa ordinaria, spesso i consumi aumentano nel tardo pomeriggio e la sera: cucina, luci, televisione, elettrodomestici, climatizzazione, pompa di calore, boiler, ricarica di dispositivi, eventuale auto elettrica.

Esempio:

consumo dalle 18:00 alle 8:00 = 6 kWh
surplus FV medio caricabile = 4 kWh
capacità utile sensata = circa 4 kWh

In questo caso una batteria utile da 10 kWh sarebbe probabilmente troppo grande, perché nella giornata media non ci sarebbe abbastanza energia in eccesso per caricarla.

Altro esempio:

consumo dalle 18:00 alle 8:00 = 5 kWh
surplus FV medio caricabile = 9 kWh
capacità utile sensata = circa 5 kWh

Qui il limite non è il fotovoltaico, ma il consumo serale e notturno. Una batteria più grande potrebbe caricarsi, ma non scaricarsi abbastanza spesso.

Da capacità utile a capacità nominale

Una volta stimata la capacità utile, bisogna tradurla nella taglia commerciale del sistema.

Se servono 8 kWh utili, non basta leggere "batteria da 8 kWh" sul catalogo. Bisogna verificare se quegli 8 kWh sono nominali o utilizzabili.

Indicativamente:

capacità nominale richiesta =
capacità utile desiderata / quota utilizzabile

Esempio:

capacità utile desiderata = 8 kWh
quota utilizzabile = 90%
capacità nominale = 8 / 0,90 = 8,9 kWh

Questa formula serve solo a passare da capacità utile a capacità nominale. Il rendimento del ciclo carica-scarica è un altro dato: incide su quanta energia torna disponibile dopo essere passata dalla batteria.

Nella pratica si sceglierà la taglia commerciale più vicina, verificando anche rendimento, potenza, compatibilità con inverter e garanzie.

Esempio 1: impianto piccolo e consumi serali normali

Immaginiamo una casa con impianto fotovoltaico da circa 3 kWp.

In molte giornate primaverili o estive l’impianto produce più dei consumi istantanei della casa. Il surplus giornaliero caricabile potrebbe essere, per esempio, 3-5 kWh in alcune stagioni, ma molto meno in inverno.

Se i consumi serali e notturni sono circa 4 kWh, una batteria utile da 4-5 kWh può essere coerente.

Una batteria da 15 kWh, nello stesso caso, rischierebbe di essere sovradimensionata: si caricherebbe completamente solo in alcune giornate favorevoli e lavorerebbe poco per buona parte dell’anno.

Esempio 2: impianto medio e famiglia con consumi serali elevati

Immaginiamo un impianto da 6 kWp, con famiglia che consuma molto nel tardo pomeriggio e la sera: cucina, lavatrice, lavastoviglie, climatizzazione, qualche carico programmabile e magari lavoro da casa.

Se nelle giornate utili il surplus fotovoltaico è spesso 8-12 kWh e i consumi serali/notturni sono 7-10 kWh, una batteria utile nell’ordine di 8-10 kWh può avere senso.

Non perché l’impianto è da 6 kWp e allora "serve" una 10 kWh. Ma perché produzione eccedente e consumi dopo il tramonto sono compatibili con quella taglia.

Esempio 3: tanta produzione ma pochi consumi di sera

Ora immaginiamo una casa con impianto da 8 kWp, ma con consumi serali bassi. Magari l’abitazione è usata poco, oppure molti carichi sono già spostati di giorno.

L’impianto può produrre molta energia e immetterne parecchia in rete. Questo però non significa automaticamente che una batteria molto grande sia conveniente.

Se dopo il tramonto la casa consuma solo 3-4 kWh, una batteria da 15 kWh potrebbe non scaricarsi quasi mai completamente. Il risultato è una capacità installata che lavora poco.

Il dimensionamento non deve inseguire solo l’energia immessa in rete. Deve chiedersi quanta di quell’energia può essere recuperata e consumata entro un ciclo utile.

Esempio 4: pompa di calore

Con una pompa di calore il ragionamento diventa più delicato.

In inverno la pompa di calore può aumentare molto i consumi elettrici proprio nella stagione in cui il fotovoltaico produce meno. In estate, invece, il fotovoltaico produce molto e può aiutare bene la climatizzazione, soprattutto se questa funziona durante le ore solari.

La batteria può aiutare a coprire una parte dei consumi serali, ma non risolve da sola lo sbilanciamento stagionale tra produzione estiva e fabbisogno invernale.

Per questo, negli edifici con pompa di calore, conviene guardare almeno i dati mensili e, se possibile, orari. La domanda non è solo "quanti kWh consuma la pompa di calore in un anno?", ma "in quali mesi e in quali ore li consuma?".

Esempio 5: auto elettrica

L’auto elettrica può rendere utile una batteria, ma può anche renderla meno necessaria. Dipende da quando si ricarica.

Se l’auto resta spesso a casa durante il giorno, può assorbire direttamente una parte importante della produzione fotovoltaica. In quel caso la ricarica dell’auto aumenta l’autoconsumo diretto e riduce il surplus disponibile per la batteria.

Se invece l’auto viene ricaricata quasi sempre di sera o di notte, la batteria domestica potrebbe aiutare solo in parte. Bisogna però fare attenzione alla potenza e alla quantità di energia richiesta: una ricarica auto può consumare molti kWh, spesso più di quanto una batteria domestica ordinaria riesca a fornire in modo conveniente.

Non basta dire "metto la batteria per l’auto". Bisogna capire quando l’auto è collegata, quanta energia richiede e se conviene caricarla direttamente dal fotovoltaico, dalla rete o con una gestione combinata.

Backup e accumulo non sono la stessa cosa

Un’altra confusione frequente riguarda il blackout.

Molte persone pensano: "Metto la batteria, così se manca corrente la casa resta accesa".

Non è sempre così.

Un sistema di accumulo domestico può essere progettato solo per aumentare l’autoconsumo, senza alimentare la casa durante un’interruzione della rete. Per avere alimentazione di backup servono componenti e configurazioni specifiche: uscita backup, quadro dedicato, gestione dei carichi essenziali, protezioni, logiche di commutazione e compatibilità dell’inverter.

Inoltre il backup non significa alimentare tutto come se nulla fosse. Di solito si scelgono carichi prioritari: frigorifero, luci, router, qualche presa, eventuale circolatore o apparecchiatura essenziale. Forno, piano a induzione, climatizzazione pesante o altri carichi importanti possono richiedere potenze non compatibili con il sistema scelto.

Quindi ci sono due domande diverse:

• che batteria serve per aumentare l’autoconsumo?
• che sistema serve per garantire backup in caso di blackout?

Sono domande collegate, ma non coincidono.

La batteria non fa autonomia stagionale

Questo è un punto decisivo.

Una batteria domestica da 5, 10 o 15 kWh può spostare energia di alcune ore, talvolta da un giorno al successivo. Non può conservare in modo significativo l’energia prodotta in estate per usarla in inverno.

Il fotovoltaico ha una produzione stagionale: tanta nei mesi soleggiati, meno nei mesi invernali. I consumi di una casa, invece, possono aumentare in inverno se ci sono pompa di calore, ventilazione, deumidificazione, illuminazione o maggiore permanenza in casa.

La batteria lavora sul breve periodo. La rete continua a svolgere il ruolo di equilibrio su periodi lunghi.

Per questo promettere "indipendenza totale" con una batteria domestica collegata a un impianto ordinario è spesso fuorviante. Si può aumentare molto l’autoconsumo, ma l’autonomia reale va calcolata con dati di produzione e consumo, non dichiarata a sentimento.

Metodo pratico in 7 passaggi

1. Recuperare i dati di consumo

Il dato migliore è il profilo orario dei consumi elettrici.

Con i dati orari si può vedere quanta energia viene consumata durante le ore di produzione fotovoltaica e quanta dopo il tramonto. Si può anche distinguere tra giorni feriali, weekend, estate e inverno.

Se i dati orari non sono disponibili, si parte dalle bollette e dai consumi per fascia, ma la stima sarà meno precisa.

2. Stimare la produzione fotovoltaica

La produzione annua non basta. Per dimensionare una batteria serve capire quando si produce.

PVGIS permette di stimare la produzione fotovoltaica in base a località, potenza installata, inclinazione, azimut e perdite di sistema. Per ragionamenti più fini, i dati orari sono molto più utili del solo totale annuo.

3. Calcolare il surplus

Per ogni intervallo di tempo, il surplus è:

surplus = produzione FV - consumo istantaneo

Se il risultato è positivo, quella energia può caricare la batteria. Se è negativo, la casa deve usare batteria o rete.

4. Calcolare i consumi senza sole

Bisogna poi sommare i consumi nelle ore in cui il fotovoltaico non produce o produce poco: sera, notte, prime ore del mattino e giornate con bassa produzione.

Questo valore dice quanta energia avrebbe senso spostare dal giorno alla notte.

5. Scegliere la capacità utile

La capacità utile iniziale si sceglie confrontando surplus caricabile e consumi serali/notturni.

capacità utile =
min(surplus medio caricabile, consumo serale-notturno copribile)

Meglio ragionare su più stagioni, non su un solo giorno favorevole di primavera.

6. Verificare potenza, rendimento e capacità nominale

A questo punto si controllano:

• capacità utilizzabile reale;
• potenza massima di carica;
• potenza massima di scarica;
• rendimento del sistema;
• compatibilità con inverter e impianto esistente;
• eventuale funzione backup;
• condizioni di garanzia e cicli previsti.

7. Controllare quanta energia passa davvero dalla batteria

La domanda finale non è solo "quanto è grande la batteria?".

La domanda corretta è:

quanti kWh all’anno passeranno davvero attraverso la batteria?

Se si carica e scarica spesso, sta facendo il suo mestiere. Se resta piena perché i consumi sono bassi, o resta vuota perché il fotovoltaico non ha surplus, e probabilmente dimensionata male o inserita in un contesto poco adatto.

Gli errori più comuni

Il primo errore è dimensionare la batteria in rapporto fisso alla potenza del fotovoltaico.

Dire "1 kWh di batteria per ogni kWp di fotovoltaico" può essere una scorciatoia commerciale, ma non è un dimensionamento tecnico. Due impianti da 6 kWp possono avere profili di surplus completamente diversi.

Il secondo errore è pensare che più grande sia sempre meglio.

Una batteria più grande costa di più, occupa più spazio e può lavorare meno se non c’è abbastanza surplus o abbastanza consumo serale. La taglia migliore non è la massima installabile, ma quella che viene usata bene.

Il terzo errore è confondere accumulo e autonomia.

Una batteria domestica aumenta l’autoconsumo giornaliero. Non rende automaticamente la casa indipendente dalla rete e non copre lo sbilanciamento stagionale tra estate e inverno.

Il quarto errore è non considerare la potenza.

La capacità dice quanta energia posso immagazzinare. La potenza dice quanta energia posso caricare o scaricare in un dato momento. Se voglio alimentare carichi importanti, devo verificare anche questo dato.

Il quinto errore è comprare la batteria prima di conoscere i consumi.

Senza dati di consumo e produzione, la scelta rischia di essere basata su impressioni. Una buona simulazione evita sia batterie troppo piccole sia batterie troppo grandi.

Il sesto errore è dimenticare perdite e usura.

L’energia che entra in batteria non torna tutta disponibile. Inoltre ogni ciclo contribuisce alla vita utile del sistema. Questo non significa che la batteria non convenga, ma che va valutata sulla quantità di energia realmente spostata e sul beneficio economico ottenuto.

Una regola pratica

Se serve una regola semplice, la più utile è questa:

la batteria giusta deve essere dimensionata sui kWh che avanzano di giorno e sui kWh che servono dopo il tramonto.

Non sui kWp del fotovoltaico presi da soli. Non sul desiderio generico di indipendenza. Non sul numero più grande disponibile a catalogo.

In formula:

capacità utile consigliabile =
min(surplus medio giornaliero utilizzabile, consumo serale-notturno copribile)

Poi il risultato va corretto considerando:

• stagionalità;
• rendimento;
• capacità utilizzabile reale;
• potenza di carica e scarica;
• eventuale funzione backup;
• evoluzione futura dei consumi;
• cicli utili attesi.

Una batteria troppo piccola si riempie subito e lascia molta energia in rete. Una batteria troppo grande resta inutilizzata per troppi giorni. Una batteria ben dimensionata, invece, si carica e si scarica con regolarità, riduce i prelievi nelle ore senza sole e lavora in modo coerente con l’impianto fotovoltaico.

Il dimensionamento corretto non nasce da una taglia standard. Nasce dal profilo reale della casa.

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