Come Collegare In Serie-Parallelo Delle Batterie Fotovoltaiche

1. Come Collegare In Serie-Parallelo Le Batterie Fotovoltaiche

Quando si parla di batterie fotovoltaiche, uno degli aspetti più importanti è il tipo di collegamento elettrico tra di esse. Le opzioni principali sono tre: collegamento in serie, in parallelo oppure una combinazione serie-parallelo. Ogni tipo di configurazione consente di ottenere valori diversi di tensione e capacità, ed è perciò fondamentale comprendere quale struttura sia più adatta alle esigenze dell’impianto.

Nel collegamento in serie-parallelo, l’obiettivo è ottenere sia una tensione adeguata che una capacità sufficiente per supportare il carico elettrico. La configurazione ideale prevede che i poli positivo e negativo siano connessi agli angoli opposti del pacco batterie, creando un bilanciamento simmetrico della corrente. Questo accorgimento è importante per evitare che alcune batterie si scarichino o si carichino più delle altre, con il rischio di danneggiamento prematuro e inefficienze energetiche.

Nel progettare un collegamento di tipo serie-parallelo, bisogna prestare attenzione a due aspetti critici: la compatibilità con il regolatore di carica, e l’uso di cavi di sezione adeguata. Il primo assicura che il sistema sia in grado di gestire la nuova tensione generata dal collegamento in serie. Il secondo serve ad evitare perdite di tensione significative lungo i cavi, che possono portare a un calo di efficienza dell’intero sistema.

Un errore nel collegamento può causare corti circuiti, con possibili danni irreparabili. Perciò è sempre buona pratica etichettare i cavi, utilizzare connettori isolati, e verificare i collegamenti con uno strumento di misura prima di mettere in carica o scarica il sistema. Inoltre, quando si assemblano pacchi batterie complessi, può essere utile utilizzare busbar in rame e interruttori di protezione DC, strumenti che migliorano la sicurezza e la manutenzione del sistema.

Un ulteriore accorgimento importante, spesso trascurato, riguarda la temperatura di esercizio. Le batterie al piombo, ma anche quelle al litio, sono molto sensibili al calore. Collegamenti non bilanciati o cavi troppo sottili possono causare surriscaldamenti locali, che accelerano il degrado chimico delle celle. Un buon sistema di accumulo prevede anche sonde di temperatura e ventilazione forzata, soprattutto se installato in spazi chiusi.

 

2. Il Collegamento In Serie Delle Batterie In Un Impianto FV

Il collegamento in serie è la modalità più utilizzata per aumentare la tensione di esercizio di un banco batterie. Il principio è semplice: si collega il polo positivo di una batteria al polo negativo della successiva. In questo modo, le tensioni si sommano, mentre la capacità (espressa in ampere-ora) rimane costante. Ad esempio, collegando due batterie da 12 V 100 Ah in serie, si ottiene un sistema da 24 V 100 Ah.

In ambito fotovoltaico, questa soluzione è ideale quando si vuole ridurre la corrente che circola nel sistema: lavorare a 24 V o 48 V permette di diminuire le perdite per effetto Joule, e quindi di migliorare il rendimento complessivo. Inoltre, inverter e regolatori di carica per impianti di una certa potenza sono spesso progettati per funzionare a queste tensioni.

Una pratica comune è quella di utilizzare batterie da 6 V ad alta capacità, come quelle usate nei carrelli da golf. Queste batterie, spesso con capacità superiore ai 200 Ah, sono progettate per scariche profonde ripetute, e ben si adattano all’uso fotovoltaico. Collegandone quattro in serie, si ottiene un banco da 24 V.

Ma il collegamento in serie, sebbene semplice, comporta dei rischi. Una sola batteria difettosa o con una tensione di carica diversa può compromettere l’intera stringa, generando squilibri pericolosi. È quindi essenziale utilizzare batterie identiche, possibilmente acquistate nello stesso momento, con lo stesso livello di carica e lo stesso stato di salute.

Inoltre, anche se le batterie non sono completamente cariche, una stringa in serie può sviluppare una scarica molto intensa se i terminali vengono accidentalmente cortocircuitati. Per questo motivo, è buona norma non indossare oggetti metallici durante il cablaggio (anelli, bracciali, utensili non isolati) e utilizzare guanti da elettricista per operare in sicurezza.

In sistemi più sofisticati, può essere utile integrare dispositivi di monitoraggio individuale delle celle, come i Battery Management System (BMS), che bilanciano la carica tra le batterie della stringa e ne prolungano la durata utile.

 

3. Come Dimensionare I Cavi Di Collegamento Delle Batterie

Il corretto dimensionamento dei cavi elettrici è una delle operazioni più sottovalutate ma fondamentali per la buona riuscita di un impianto fotovoltaico con accumulo. Una sezione di cavo inadeguata può comportare cadute di tensione, surriscaldamenti e perdite di energia, vanificando l’investimento.

Facciamo un esempio pratico: un cavo da 1,5 mm² ha una resistenza di circa 0,012 ohm per metro. Se la lunghezza complessiva del cavo (andata e ritorno) è di 2 metri, la resistenza totale è 0,024 ohm. Se su questo cavo scorre una corrente di 20 A, la caduta di tensione sarà:

V = I x R = 20 x 0,024 = 0,48 V

In un sistema a 12 V, questa perdita rappresenta circa il 4%, valore inaccettabile in un impianto ben progettato. Il limite raccomandato è solitamente inferiore al 2%.

Se si raddoppia la sezione del cavo, ad esempio portandola a 4 mm², la resistenza scende a circa 0,005 ohm per metro, e la caduta di tensione sarà molto più contenuta. Per impianti fotovoltaici con elevati flussi di corrente, si utilizzano frequentemente cavi da 6, 10 o 16 mm², a seconda della distanza e della potenza.

Da notare che aumentando la tensione del sistema (passando da 12 V a 24 V o 48 V), la corrente necessaria per la stessa potenza si riduce, e di conseguenza anche le cadute di tensione sui cavi.

Un altro aspetto da considerare è la temperatura ambiente. I cavi riscaldati dal Sole, specialmente se passano in tubi neri o scatole chiuse, possono arrivare a temperature elevate che aumentano la resistenza elettrica del rame. Questo porta a un ulteriore calo di efficienza. I tecnici esperti prevedono sempre un margine di sicurezza nella scelta della sezione.

Per evitare errori, è utile utilizzare tabelle ufficiali o software di dimensionamento, che tengono conto della tensione, corrente, lunghezza e tipo di posa. Inoltre, è sempre raccomandato l’uso di fusibili o interruttori magnetotermici vicino alle batterie, per proteggere i cavi da eventuali cortocircuiti.

 

4. Quante Batterie Posso Collegare In Parallelo?

Molti utenti pensano che sia possibile collegare in parallelo un numero indefinito di batterie, ma non è così. Il collegamento in parallelo è utile per aumentare la capacità totale, mantenendo costante la tensione. Ma se il numero di batterie supera le 3-4 unità per stringa, si iniziano a verificare problemi di sbilanciamento.

Le batterie non sono mai perfettamente identiche: anche se dello stesso modello, presentano lievi differenze di resistenza interna, di stato di carica o di usura. Queste differenze fanno sì che alcune batterie lavorino più delle altre, scaricandosi e caricandosi più frequentemente. Il risultato è una maggiore usura, surriscaldamenti localizzati, e rischi di cortocircuito interno.

Inoltre, quando si collegano in parallelo batterie di età diverse o, peggio ancora, di chimica differente (piombo-gel, AGM, litio, ecc.), si compromette gravemente la vita utile dell’intero sistema. Le batterie più nuove vengono forzate a lavorare al ritmo delle più vecchie, riducendo la loro durata.

Una buona regola è: non mescolare mai batterie con più di 6 mesi di differenza tra loro, e utilizzare solo batterie dello stesso produttore, modello e capacità. Inoltre, tutte le batterie vanno collegate con cavi della stessa lunghezza e sezione, per garantire uniformità nei percorsi elettrici.

Se si ha necessità di una capacità superiore, la soluzione più efficace è scegliere batterie di maggiore capacità, o realizzare più banchi indipendenti dotati di regolatori separati.

Per ottimizzare il parallelismo, è utile applicare la tecnica del collegamento “a stella”, dove ogni batteria ha cavi propri che si collegano a un unico punto centrale. In questo modo si riduce la differenza di impedenza tra i rami e si ottiene un maggiore equilibrio.

 

5. Collegare Pannelli Fotovoltaici A Un Pacco Batterie: Cosa Sapere

Il collegamento dei pannelli fotovoltaici a un pacco batterie consente di accumulare energia durante il giorno per poterla utilizzare la sera o durante i momenti di bassa insolazione. Tuttavia, questa operazione deve essere fatta con cura e metodo.

Il primo passaggio è sempre quello di verificare la compatibilità tra tensione e corrente di pannelli, batterie e regolatore di carica. Il regolatore deve essere adatto al tipo di batterie (piombo, gel, AGM, litio) e alla loro tensione nominale (12, 24 o 48 V). Il pannello, dal canto suo, deve avere una tensione a vuoto superiore alla tensione della batteria, per garantire una corretta carica.

Esistono due tipologie di regolatori di carica: PWM (Pulse Width Modulation), più economici ma meno efficienti, e MPPT (Maximum Power Point Tracking), più costosi ma capaci di ottimizzare la potenza prodotta dai pannelli anche in condizioni di luce variabile.

Il collegamento corretto prevede che il pannello sia connesso ai terminali del regolatore, e da lì alla batteria. È fondamentale non collegare mai il pannello direttamente alla batteria, senza regolatore, pena il danneggiamento delle celle.

Per sistemi più complessi, è utile aggiungere sensori di temperatura e shunt amperometrici, che permettono di monitorare la carica, verificare l’autonomia residua, e prolungare la vita delle batterie.

Infine, un sistema ben progettato prevede fusibili, interruttori di sicurezza DC, protezioni da sovratensione, e cavi opportunamente dimensionati. Anche il luogo di installazione è importante: le batterie non devono essere esposte a temperature estreme, umidità, o rischi di urto.