Come Dimensionare i Cavi delle Batterie Fotovoltaiche

1) Il Dimensionamento Dei Cavi Di Collegamento Delle Batterie FV

Nel progettare correttamente un impianto fotovoltaico con accumulo, una delle fasi fondamentali è il dimensionamento dei cavi di collegamento tra le batterie e gli altri componenti elettrici (inverter, regolatore di carica, quadri di protezione). Si tratta di un passaggio spesso trascurato, ma che ha un impatto diretto sull’efficienza dell’impianto e sulla sicurezza dell’intero sistema.

Supponiamo di avere un cavo con sezione 1,5 mm², che ha una resistenza tipica di circa 0,012 ohm per metro. Se la lunghezza complessiva del collegamento (andata + ritorno) è di 2 metri, la resistenza totale sarà 0,024 ohm. Se in questo cavo scorre una corrente di 20 A, si può calcolare la caduta di tensione utilizzando la Legge di Ohm:

In un sistema a 12 V, questa caduta rappresenta il 4% della tensione totale, un valore superiore al limite consigliato. Le normative e le buone pratiche impiantistiche suggeriscono infatti che la caduta di tensione non superi il 2% nel tratto di collegamento delle batterie, per evitare perdite e inefficienze significative.

Di conseguenza, per una corrente di 20 A e una tensione di 12 V, il cavo da 1,5 mm² è inadatto. In questo esempio, la sezione dovrebbe essere almeno quattro volte maggiore (intorno a 6 mm²) per rientrare nel 2%.

Da questo esempio si capisce che:

Raddoppiando la corrente, raddoppia la caduta di tensione
Raddoppiando la lunghezza del cavo, raddoppia la caduta di tensione
Raddoppiando la tensione del sistema (es. 24 V invece di 12 V), la percentuale di caduta si dimezza

Pertanto, i sistemi a tensione più alta (24 V o 48 V) sono vantaggiosi in termini di efficienza elettrica, perché permettono di ridurre le correnti e, quindi, di utilizzare cavi con sezione più contenuta.

Il calcolo preciso della sezione può essere fatto anche con formule specifiche, ad esempio:

2) L’indice AWG Per La Scelta Dei Corretti Cavi Fotovoltaici

Nella pratica, soprattutto quando si consultano fornitori o datasheet anglosassoni, ci si imbatte spesso nel sistema AWG (American Wire Gauge), che classifica i cavi in base a un indice numerico. L’AWG ha due caratteristiche principali:

È inversamente proporzionale alla sezione: più basso è il numero, più grosso è il cavo
È logaritmico: una differenza di tre numeri corrisponde circa a un raddoppio o dimezzamento della sezione

Ad esempio:

Un cavo AWG 4 è adatto a correnti elevate, mentre un cavo AWG 14 (2,08 mm²) è idoneo solo per piccoli carichi.

Per dimensionare un cavo in AWG occorre quindi:

Conoscere la corrente massima
Determinare la lunghezza totale del cavo
Stabilire la caduta di tensione tollerata
Consultare una tabella di conversione AWG–mm²–resistenza oppure usare strumenti online o fogli di calcolo

Attenzione però: nel caso di cavi multifilari (con tanti fili sottili intrecciati) l’AWG si riferisce alla somma delle sezioni dei fili. La presenza di aria tra i fili fa sì che il diametro totale sia maggiore rispetto a un filo pieno con stesso AWG.

Infine, ricorda che per impianti in continua (DC) le perdite resistive sono più sensibili rispetto all’alternata, perché non vi è alcuna compensazione di fase.

3) Le Caratteristiche Delle Batterie Per Impianti Fotovoltaici

Le batterie destinate a impianti fotovoltaici non sono tutte uguali. Oltre alla capacità nominale, contano molto le caratteristiche specifiche di ogni tecnologia. In generale, una batteria FV deve essere in grado di:

Sopportare numerosi cicli di carica/scarica (almeno 3000 a scarica parziale)
Lavorare in un ampio range di temperature, anche estreme
Limitare l’autoscarica, per periodi di inattività
Richiedere poca manutenzione, soprattutto in località isolate
Garantire efficienza energetica elevata

Le tecnologie più diffuse sono:

Batterie al Piombo-Acido

Economiche
Maturità tecnologica
Diverse versioni: flooded, AGM, gel
Bassa densità energetica (più ingombranti)
Sensibili alla scarica profonda

Le AGM e le Gel sono sigillate, più sicure e ideali per ambienti chiusi, ma più costose.

Batterie al Litio (LiFePO4)

Alta densità energetica
Cicli di vita superiori (fino a 6000 cicli)
Profondità di scarica fino all’80-90%
Resistenza alle alte temperature
Maggior investimento iniziale, ma minor costo a ciclo

Sempre più usate negli impianti residenziali moderni, specialmente con inverter ibridi.

Batterie al Sale (Ni-Na) o a Flusso

Per impianti di grandi dimensioni
Elevata durata e stabilità
Meno diffuse per applicazioni residenziali

Considerazioni Finali

Un impianto FV ben dimensionato richiede batterie adeguate all’uso previsto, e il cablaggio tra esse e gli altri componenti deve essere calibrato sulle loro caratteristiche: corrente di carica massima, tensione nominale, distanza, capacità.

4) I Cavi Per Il Collegamento Dei Moduli Fotovoltaici

Anche se spesso confusi con i cavi di collegamento delle batterie, i cavi fotovoltaici per i moduli solari hanno caratteristiche proprie, definite dalla norma CEI EN 50618 (che ha sostituito la CEI 20-91). I cavi devono rispondere ai requisiti del tipo H1Z2Z2-K, in particolare:

Conduttore: rame stagnato, flessibile
Tensione nominale: 1500 V DC (e 1000 V AC)
Resistenza a temperatura: da –40 °C a +120 °C
Guaina: priva di alogeni, resistente a UV, ozono e agenti chimici
Durata stimata: oltre 25 anni, anche in ambienti esterni

La sezione minima consigliata per i cavi in CC è di 4 mm², mentre nei tratti in corrente alternata può variare in funzione della distanza e della corrente.

Secondo la norma UNEL 35023, la sezione non dovrebbe essere inferiore a 0,25 mm² per ogni ampere per tratte fino a 50 metri. In pratica:

Per una corrente di 10 A: 2,5 mm² minimo
Per una corrente di 20 A: 5 mm² minimo
Ma meglio sovradimensionare leggermente per ridurre le perdite

Importanza del Cablaggio Corretto

L’uso di cavi inadatti o sottodimensionati nei sistemi FV può causare:

Surriscaldamento e incendi
Riduzione dell’efficienza complessiva
Danni ai dispositivi (inverter, batterie)
Decadenza delle garanzie di prodotto

Per questo, si raccomanda sempre di utilizzare cavi certificati (marchiati CE), connettori MC4 originali, e pressacavi che garantiscano la tenuta meccanica e ambientale.

5) Quale È Il Numero Massimo Di Batterie Che Posso Collegare In Una Stringa?

Uno degli errori più comuni nella configurazione degli impianti a batteria è quello di collegare troppe batterie in parallelo, nel tentativo di aumentarne la capacità complessiva. In realtà, questa soluzione può portare a una serie di problemi tecnici, che compromettono l’efficienza e la durata dell’impianto.

Limite di 4 Batterie in Parallelo

Il numero massimo consigliato di batterie in parallelo è 4 per stringa. Oltre questo valore:

Le batterie meno performanti drenano energia dalle altre
Si verificano squilibri di carica tra gli elementi
Aumentano le perdite di energia per effetto Joule
Cresce il rischio di guasti prematuri

Per ottenere capacità superiori, è preferibile usare batterie di maggiore capacità, piuttosto che aggiungerne di più in parallelo.

Evitare Batterie Diverse

Mai mescolare:

Batterie nuove e usate
Batterie di marche o modelli diversi
Batterie con differenti livelli di carica

Queste configurazioni causano squilibri interni, cicli di scarica irregolari e rapida degradazione delle celle. Anche batterie con più di 6 mesi di differenza possono compromettere l’intero sistema.

Best Practice per i Collegamenti

Collegare solo batterie identiche, stesse caratteristiche e stesso stato di carica
Utilizzare cavi corti e uguali in lunghezza, per evitare differenze di resistenza
Posizionare fusibili o interruttori su ogni batteria per protezione individuale
Prevedere un Battery Management System (BMS) per sistemi complessi

In impianti professionali, si adottano spesso sistemi modulari con rack di batterie che permettono un’espansione sicura della capacità mantenendo l’equilibrio tra le stringhe.

Conclusioni

Il corretto dimensionamento dei cavi in un impianto fotovoltaico con accumulo non è un dettaglio tecnico secondario, ma un elemento fondamentale per l’efficienza, la sicurezza e la durata dell’impianto.

Da questo approfondimento emergono alcuni punti chiave:

È essenziale calcolare la caduta di tensione, soprattutto nei sistemi a bassa tensione (12 o 24 V), dove anche piccole perdite possono incidere.
L’uso del sistema AWG può facilitare la scelta dei cavi, ma va tradotto correttamente in base alle esigenze pratiche.
Le batterie devono essere selezionate in funzione delle esigenze dell’impianto e vanno sempre installate in condizioni ottimali di omogeneità e carica.
I cavi per moduli fotovoltaici hanno caratteristiche diverse da quelli per le batterie e devono rispettare standard specifici.
Il collegamento delle batterie deve essere bilanciato, sicuro, limitato nel numero di elementi in parallelo e realizzato con cavi ben dimensionati.

Seguire queste linee guida permette di ridurre le perdite energetiche, aumentare la vita utile dei componenti e garantire un funzionamento stabile e sicuro dell’impianto fotovoltaico.