Come Collegare Un Pannello Fotovoltaico A Una Batteria

1. Collegamento Dei Pannelli Fotovoltaici A Un Pacco Batterie

Collegare un pannello fotovoltaico a una batteria consente di immagazzinare l’energia prodotta durante le ore di irraggiamento solare e di utilizzarla anche quando il Sole non è presente. Questa configurazione è essenziale negli impianti fotovoltaici off-grid (detti anche “a isola”), dove l’autosufficienza energetica è garantita grazie all’accumulo.

Per collegare correttamente i pannelli a un pacco batterie, occorre prima di tutto verificare che i parametri elettrici siano compatibili. La tensione di lavoro del pannello e quella del banco batterie devono essere allineate o compatibili con il regolatore di carica, il quale svolge un ruolo cruciale di protezione e ottimizzazione.

Ogni batteria ha una tensione nominale (di solito 12 V), e per ottenere tensioni maggiori è possibile collegare più batterie in serie, sommando le tensioni. Ad esempio, due batterie da 12 V collegate in serie forniscono 24 V. Viceversa, se si desidera aumentare la capacità (Ah), occorre collegare le batterie in parallelo, mantenendo invariata la tensione ma raddoppiando la capacità.

Una volta stabilita la configurazione desiderata, si collega il regolatore di carica, il quale dispone di tre terminali principali: ingresso pannelli (PV), uscita batteria (BAT) e uscita carico (LOAD). Il collegamento deve avvenire in un ordine preciso:

1. Collegare per prima la batteria al regolatore.
2. Collegare poi il pannello fotovoltaico al regolatore.
3. Infine, se necessario, collegare il carico o l’inverter.

Questa sequenza è fondamentale per garantire l’attivazione corretta del regolatore e prevenire danni ai componenti.

L’uso di cavi con sezione adeguata, connettori MC4 certificati e fusibili o interruttori di protezione tra i componenti è altamente consigliato per la sicurezza dell’impianto.

 

2. Schema Elettrico Di Collegamento Con Regolatore E Inverter

Lo schema di collegamento di un impianto fotovoltaico off-grid con accumulo comprende i seguenti elementi principali:

• Pannelli fotovoltaici, eventualmente in serie o in parallelo.
• Regolatore di carica, che regola e gestisce la corrente verso le batterie.
• Batterie, che accumulano l’energia prodotta.
• Inverter, che converte la corrente continua (DC) in corrente alternata (AC).
• Carichi elettrici, cioè gli utilizzatori finali.

Il collegamento standard prevede che la batteria sia il primo componente da connettere al regolatore. Questo passaggio inizializza il regolatore e permette di rilevare correttamente la tensione del sistema (12 V, 24 V, ecc.). In seguito, si collegano i pannelli fotovoltaici, sempre facendo attenzione a non superare la tensione di ingresso massima supportata dal regolatore.

Nel caso di sistemi in corrente continua, i carichi possono essere alimentati direttamente dal regolatore (uscita LOAD). Se invece si desidera alimentare apparecchi in corrente alternata (ad es. 230 V), è necessario inserire un inverter tra batterie e carico.

Lo schema elettrico semplificato sarà quindi:

Pannelli → Regolatore di carica → Batterie → (Inverter) → Carico

In un sistema ben dimensionato e protetto, sono presenti anche:

• Fusibili tra pannelli e regolatore e tra regolatore e batterie.
• Sezionatori DC, per poter intervenire in sicurezza sull’impianto.
• Shunt di misura, per monitorare correnti e tensioni attraverso appositi display.

La selezione del tipo di carica è un passaggio importante: ogni batteria (AGM, Gel, Litio) richiede un profilo di ricarica differente. Il manuale del regolatore fornisce istruzioni specifiche per selezionare il corretto algoritmo di ricarica.

 

3. Come Scegliere Il Regolatore Di Carica Adatto

Il regolatore di carica è l’elemento che mette in comunicazione pannelli e batterie, evitando che le batterie si sovraccarichino o si scarichino eccessivamente. La scelta del regolatore deve tenere conto dei seguenti parametri tecnici:

• Corrente nominale fotovoltaica (Isc PV): rappresenta la massima corrente in ingresso proveniente dai pannelli. Deve essere superiore alla somma delle correnti di corto circuito dei pannelli con un margine di sicurezza (di solito +25%).
• Tensione di sistema (12 V, 24 V, 48 V): deve essere compatibile con quella del banco batterie.
• Corrente massima di carico (LOAD): dipende dalla potenza dei dispositivi alimentati in corrente continua.
• Tipo di regolatore: PWM (Pulse Width Modulation) o MPPT (Maximum Power Point Tracking).

I regolatori PWM sono più economici ma meno efficienti, poiché si limitano ad adattare la tensione in modo lineare. I regolatori MPPT, invece, ottimizzano la potenza estratta dai pannelli, soprattutto quando la tensione dei moduli è superiore a quella del banco batterie.

Per esempio, un impianto con 3 pannelli da 200 W (in totale 600 W) a 12 V, con corrente massima stimata in 50 A, richiederà un regolatore MPPT da almeno 60 A nominali, con margine di sicurezza, e compatibile con la tensione dell’impianto.

Inoltre, i regolatori più evoluti offrono funzionalità avanzate:

• Display LCD o connessione Bluetooth per monitoraggio remoto.
• Porta USB per ricaricare dispositivi.
• Uscita per ventilatori o sistemi domotici.

 

4. Dimensionamento Di Un Impianto Off-Grid

Un impianto off-grid deve essere dimensionato attentamente in base ai fabbisogni energetici giornalieri, alla disponibilità di irraggiamento locale e alla capacità delle batterie.

a) Calcolo del fabbisogno energetico

Per iniziare, occorre sommare i consumi degli apparecchi elettrici che si desidera alimentare. Supponiamo:

• 1 lampadina LED da 10 W per 6 ore al giorno = 60 Wh
• 1 frigorifero da 70 W per 12 ore al giorno = 840 Wh
• 1 router Wi-Fi da 10 W per 10 ore al giorno = 100 Wh

Totale giornaliero: circa 1,0 kWh

b) Calcolo del banco batterie

Per alimentare 1 kWh giornaliero, supponendo una profondità di scarica (DoD) del 50% (tipica per batterie AGM), servono:

1.000 Wh / 0,5 = 2.000 Wh di capacità totale.

Con un sistema a 12 V, la capacità necessaria sarà:

2.000 Wh / 12 V = 166 Ah.

Scegliendo batterie da 100 Ah a 12 V, servono almeno 2 unità in parallelo (200 Ah) per una discreta autonomia.

c) Calcolo dei pannelli

Per generare 1,0 kWh al giorno, considerando una produzione media giornaliera di circa 3-4 ore di pieno Sole, si stimano:

1.000 Wh / 4 h = 250 W.

Aggiungendo un margine per perdite (15-20%), occorre almeno 300 W di pannelli. Due pannelli da 180 W o tre da 120 W saranno sufficienti.

Nel caso di consumi più elevati (elettrodomestici, TV, ecc.), la capacità delle batterie e la potenza dei pannelli dovranno essere ricalibrate proporzionalmente.

 

5. Il Ruolo Fondamentale Del Regolatore Di Carica

Il regolatore di carica protegge la batteria da due condizioni critiche: la sovraccarica e la scarica profonda. Entrambe possono danneggiare irreversibilmente la batteria, specialmente nel caso delle batterie sigillate.

Quando la tensione della batteria supera un certo limite (di solito 14,4 V per batterie a 12 V), il regolatore interrompe o limita la corrente in ingresso. Questo processo si chiama Bulk-Absorption-Float:

• Bulk: carica rapida, fino al raggiungimento di un certo voltaggio.
• Absorption: carica lenta, per completare l’energia mancante.
• Float: mantenimento della carica a tensione stabile.

Inoltre, molti regolatori gestiscono anche la Equalization, una fase utile per le batterie a piombo aperto (non sigillate), che riequilibra la tensione delle celle.

Il regolatore è fondamentale anche nella gestione della scarica: interrompe l’alimentazione del carico quando la batteria scende sotto un certo valore (Low Voltage Disconnect), evitando di rovinarla.

Quando si può evitare il regolatore?

Solo in casi molto rari. Ad esempio, se si usa un piccolo pannello (es. 10 W) per ricaricare una grande batteria (es. 200 Ah), la corrente prodotta è talmente bassa da non causare mai sovraccarico. In genere, se la corrente del pannello è <1,5% della capacità della batteria, il regolatore può essere omesso. Tuttavia, per motivi di sicurezza, è comunque raccomandato l’uso del regolatore.

 

6. Tecnologie Recenti E Consigli Finali

Negli ultimi anni, il settore degli accumulatori ha conosciuto un forte sviluppo, con l’introduzione delle batterie al litio (LiFePO₄), che offrono vantaggi significativi:

• Maggiore durata (fino a 5.000 cicli).
• Profondità di scarica fino all’80-90%.
• Elevata densità energetica.
• Minore manutenzione.

L’uso delle batterie al litio è in rapida crescita, nonostante il costo iniziale più elevato. I regolatori compatibili devono supportare la curva di carica specifica per questo tipo di tecnologia.

Per massimizzare l’efficienza e la durata dell’impianto:

• Evitare di scaricare completamente le batterie.
• Pulire regolarmente i pannelli.
• Proteggere i cablaggi dalle intemperie.
• Utilizzare dispositivi a basso consumo.
• Prevedere espandibilità (aggiunta di pannelli o batterie in futuro).

Infine, si ricorda che per impianti superiori a 800 W, o con tensioni superiori a 48 V, è preferibile rivolgersi a un tecnico qualificato o a un installatore autorizzato, per garantire conformità alle norme CEI vigenti e sicurezza dell’intero sistema.