Il collegamento diretto tra una batteria e un inverter è la configurazione più semplice e immediata per convertire l’energia accumulata in una batteria in corrente alternata a 230 V. Questa modalità viene spesso utilizzata in applicazioni mobili, come nei camper, nelle barche o nei piccoli sistemi di backup domestici.
Gli inverter sono dispositivi elettronici che trasformano la corrente continua (DC) proveniente da una batteria in corrente alternata (AC), compatibile con gli elettrodomestici comuni. La maggior parte degli inverter domestici richiede una tensione in ingresso di 12 V o 24 V. Se si utilizza una singola batteria da 12 V, è possibile collegarla direttamente a un inverter che funziona alla stessa tensione. In alternativa, se l’inverter lavora a 24 V, sarà necessario collegare due batterie da 12 V in serie.
Il collegamento elettrico è semplice: il polo positivo della batteria va collegato all’ingresso rosso dell’inverter, mentre il polo negativo va collegato all’ingresso nero. Quando si usano due batterie in serie, il polo positivo della prima si collega all’inverter, il negativo della seconda va all’altro ingresso dell’inverter, e i due terminali centrali delle batterie (il negativo della prima e il positivo della seconda) si uniscono tra loro.
È importante usare cavi di sezione adeguata, resistenti al calore e alle sollecitazioni meccaniche, in grado di sopportare la corrente richiesta senza cadute di tensione eccessive. L’aggiunta di fusibili o interruttori automatici nei pressi della batteria è fortemente consigliata, per garantire la sicurezza in caso di cortocircuiti.
Una volta completato il collegamento e verificato che la batteria sia carica, è possibile accendere l’inverter e alimentare un carico in corrente alternata come lampade, ventilatori, piccoli elettrodomestici o persino strumenti elettronici delicati, purché l’inverter sia di tipo a onda sinusoidale pura.
Tuttavia, se l’inverter fa parte di un sistema più complesso, come un impianto fotovoltaico autonomo (stand-alone), allora è necessario introdurre altri componenti nel circuito, in particolare un regolatore di carica, che permette di gestire correttamente il flusso di energia tra i pannelli solari, le batterie e l’inverter stesso.
2) Componenti Tipici Di Un Impianto Fotovoltaico
Un sistema fotovoltaico off-grid – cioè non connesso alla rete elettrica – è un ecosistema complesso costituito da diversi componenti, ognuno con una funzione ben precisa. Un corretto dimensionamento e collegamento di ciascun elemento è essenziale per garantire affidabilità, durata e sicurezza.
Moduli fotovoltaici: Sono l’elemento generatore del sistema. I pannelli sono composti da celle in silicio che convertono la luce solare in energia elettrica in corrente continua. I moduli possono essere collegati in serie (per aumentare la tensione) o in parallelo (per aumentare la corrente), a seconda delle specifiche esigenze del sistema.
Regolatore di carica: Agisce come un’interfaccia intelligente tra i pannelli e le batterie. Il suo compito principale è gestire la ricarica delle batterie in modo sicuro, evitando il sovraccarico e la scarica profonda. I modelli più avanzati sono in grado di adattarsi automaticamente al tipo di batteria utilizzata e offrono monitoraggio digitale dei parametri energetici.
Batterie di accumulo: Sono in genere del tipo “deep cycle” al piombo-gel, AGM o al litio, progettate per essere caricate e scaricate molte volte. L’accumulo serve a garantire la disponibilità di energia anche in assenza di sole, permettendo un funzionamento continuo degli apparecchi elettrici.
Carichi elettrici: Possono essere alimentati direttamente in corrente continua (luci LED, pompe DC, router, ecc.) o tramite inverter se si tratta di dispositivi che richiedono corrente alternata. È importante che la potenza totale assorbita dai carichi sia compatibile con la capacità dell’impianto.
Componenti di bilanciamento del sistema (BOS – Balance of System): Comprendono cavi, fusibili, interruttori di protezione, indicatori di stato, sistemi di monitoraggio remoto, supporti di montaggio, quadri elettrici e dispositivi di sicurezza. Un cablaggio ben fatto, sicuro e conforme alle normative CEI è cruciale per la longevità dell’impianto.
In sintesi, un impianto fotovoltaico autonomo non è solo un insieme di pannelli e una batteria, ma un sistema integrato in cui ogni componente deve essere scelto e installato con cura in base al contesto applicativo e al profilo di consumo dell’utente.
3) A Cosa Serve Un Regolatore Di Carica
Il regolatore di carica è spesso considerato il “cervello” di un sistema fotovoltaico off-grid. Il suo compito è proteggere le batterie, prolungarne la vita utile e ottimizzare la quantità di energia accumulata.
Quando i pannelli solari producono energia, questa arriva sotto forma di corrente continua a una tensione che può essere superiore a quella nominale delle batterie (es. 18-20 V per batterie da 12 V). Senza un regolatore, la batteria potrebbe ricevere troppa corrente e troppa tensione, surriscaldandosi e danneggiandosi.
Il regolatore interrompe o riduce automaticamente la carica quando la tensione della batteria raggiunge un certo limite. Alcuni modelli avanzati usano strategie di carica a più stadi: bulk, absorption, float e equalization, ciascuno con una funzione specifica per ottimizzare la ricarica e prevenire danni.
Questo è particolarmente importante con le batterie sigillate (AGM o gel), che non possono essere rabboccate con acqua: in questi casi, un sovraccarico ripetuto può portare a una perdita irreversibile di elettrolita e alla morte prematura del sistema di accumulo.
Un regolatore di carica può anche includere funzioni di monitoraggio, protezione da inversione di polarità, protezione da corto circuito, e display LCD per la lettura in tempo reale di tensione, corrente e capacità residua della batteria. I modelli più evoluti sono del tipo MPPT (Maximum Power Point Tracking), in grado di aumentare fino al 30% la quantità di energia che arriva alla batteria rispetto ai regolatori PWM tradizionali, soprattutto in condizioni di irraggiamento variabile.
Un regolatore non è necessario solo in casi molto particolari, ad esempio quando si ha un piccolo pannello solare da 5 W e una batteria da 200 Ah: in tal caso, la corrente di carica è talmente bassa da risultare innocua, anche senza controllo elettronico.
4) Scelta Di Un Regolatore Dimensionato All’Impianto
Il regolatore di carica deve essere scelto in base alle caratteristiche dell’impianto: potenza dei pannelli, tipo di batteria, tensione del sistema e carichi collegati. Una scelta errata può portare a malfunzionamenti, inefficienze o addirittura danni permanenti.
Le tre specifiche principali da verificare sono:
Corrente nominale solare (I<sub>pv</sub>): deve essere superiore alla somma delle correnti dei moduli collegati in parallelo. Ad esempio, se si usano 4 moduli da 100 W/12 V con corrente di picco di 5,5 A ciascuno, la corrente totale sarà 22 A. Il regolatore dovrà quindi gestire almeno 25-30 A per operare in sicurezza.
Corrente nominale di carico (I<sub>load</sub>): è la corrente massima che può essere prelevata dal regolatore per alimentare carichi in DC. Se i carichi sono alimentati tramite inverter, questa specifica è meno critica, poiché l’inverter preleva energia direttamente dalla batteria.
Tensione del sistema (V<sub>sys</sub>): deve essere compatibile con quella della batteria (12, 24 o 48 V). Alcuni regolatori sono “auto-sensing”, cioè rilevano automaticamente la tensione della batteria, altri devono essere configurati manualmente.
Un margine di sicurezza del 20-30% rispetto ai valori di corrente nominali è consigliabile per tenere conto dei picchi di produzione e delle alte temperature. Inoltre, il regolatore deve essere certificato CE e conforme alle norme tecniche di sicurezza.
Per impianti più complessi, è utile dotarsi di regolatori con uscita USB, moduli Bluetooth o Wi-Fi per il monitoraggio da remoto tramite app o portali web, utili per la manutenzione predittiva e la gestione energetica intelligente.
5) Schema Di Collegamento Del Regolatore All’Impianto FV
Il corretto collegamento del regolatore di carica all’impianto fotovoltaico è fondamentale per garantire il buon funzionamento del sistema. Una sequenza errata può danneggiare i componenti elettronici o impedire il rilevamento delle tensioni corrette.
La procedura consigliata è la seguente:
Collegare la batteria al regolatore di carica. Questa è sempre la prima operazione da eseguire. Una volta collegata, il regolatore si attiva e rileva automaticamente la tensione del sistema. In genere si accende un LED verde o si attiva il display.
Collegare i pannelli fotovoltaici al regolatore. I moduli devono essere cablati in parallelo o in serie a seconda della tensione richiesta, e devono essere spenti o coperti durante il collegamento per evitare scintille. Anche in questo caso, un LED di carica si attiva per indicare che i pannelli stanno fornendo energia.
Configurare il tipo di batteria. I regolatori moderni consentono di selezionare la tecnologia della batteria (piombo acido, AGM, gel, litio) tramite un pulsante, una combinazione di tasti o tramite un’app dedicata. Questa impostazione determina le soglie di carica e scarica.
Collegare il carico. Se si utilizzano carichi in corrente continua, questi possono essere connessi all’uscita load del regolatore. Se si utilizzano dispositivi in corrente alternata, il carico deve essere collegato all’uscita dell’inverter, che a sua volta si alimenta dalla batteria.
Durante il funzionamento, il regolatore controlla costantemente i flussi energetici e protegge il sistema da condizioni pericolose come sovraccarico, scarica profonda o cortocircuito. Alcuni modelli avanzati integrano un sistema di data-logging che consente di archiviare i dati di produzione e consumo per analisi successive.
