Fotovoltaico con accumulo: energia disponibile in ogni momento, anche di notte

In questi ultimi anni, nell’ambito della produzione dell’energia elettrica alternativa, il fotovoltaico con accumulo è diventato una vera e propria novità.

Esso è diventato la soluzione migliore per raggiungere un notevole risparmio economico ed energetico, permettendo di utilizzare l’elettricità quando serve e senza sprechi.

Che cos’è e come funziona

Il fotovoltaico con accumulo è un tipo di impianto fotovoltaico composto da un insieme di batterie, le quali permettono di stoccare temporaneamente quell’ulteriore energia prodotta dai pannelli solari per poterla utilizzare in altri momenti della giornata.

Detto ciò, a differenza dell’impianto fotovoltaico tradizionale, grazie al sistema di accumulo si può usufruire dell’energia anche di notte, superando il problema dei consumi degli elettrodomestici e delle luci di casa.

Oltre alle batterie, il sistema di accumulo per il fotovoltaico è composto dai sistemi di conversione mono o bidirezionale dell’energia, gli organi di protezione, manovra, interruzione e sezionamento in corrente continua e alternata e i sistemi di controllo delle batterie (Battery Management System, BMS) e dei convertitori. Tali componenti possono essere dedicati unicamente al sistema di accumulo o svolgere altre funzioni all’interno dell’impianto di utente.

Tipologie di sistemi ad accumulo

Esistono essenzialmente due tipologie di sistemi ad accumulo per il fotovoltaico:

• inverter con accumulo: l’accumulatore (composto da batterie al litio) viene assemblato nello stesso corpo dell’inverter, occupando pochissimo spazio. Impatto minimo sia in senso tecnico che in senso di opere di adeguamento
• pacco batterie esterno: consigliato quando si fa uso di batterie al Piombo-Gel, utilizzando accumulatori più economici ma molto ingombranti e che richiedono complessi interventi di installazione.

Una tipologia di impianti fotovoltaici con batterie sono, ad esempio, quelli chiamati stand-alone.

Batterie di accumulo per il fotovoltaico

Esistono vari tipi di batterie per un impianto ad accumulo:

• batterie di accumulo al piombo-acido;
• batterie di accumulo al litio/Ioni;
• batteria di accumulo ad alta temperatura (ad esempio Sodio/Cloruro di Nichel e Sodio/Zolfo);
• batteria di accumulo al Nichel/Cadmio;
• batterie di accumulo Redox a circolazione di elettrolita di vanadio (VRB).

Vediamo più nel dettaglio le caratteristiche chimiche, elettriche e tecnologiche delle varie batterie di accumulo.

Batterie Piombo-acido

Le batterie di accumulo al piombo-acido sono costituite da un elettrodo negativo di piombo metallico e da un elettrodo positivo di biossido di piombo, mentre l’elettrolita è una soluzione acquosa di acido solforico con elevata conducibilità ionica.

Esse si suddividono in due categorie:

• VLA (Vented Lead Acid), accumulatori aperti
• VRLA (Valve Regulated Lead Acid), accumulatori ermetici

Gli accumulatori ermetici sono ormai quelli più diffusi grazie ad alcuni vantaggi: minore manutenzione richiesta, non sono ingombranti ed emettono quantità di idrogeno limitate, richiedendo quindi misure di ventilazione degli ambienti meno gravose.

Batterie Litio/Ioni

Le batterie litio/ioni sono accumulatori elettrochimici che si differenziano tra loro oltre che per la tecnologia dell’elettrolita (liquido o polimerico) anche per quella dei materiali catodici ed anodici.

In una batteria litio/ioni il catodo è solitamente costituito da un ossido litiato di un metallo di transizione (LiTMO2 con TM = Co, Ni, Mn) che garantisce una struttura a strati o a tunnel dove gli ioni di litio possono essere inseriti o estratti facilmente. L’anodo è generalmente costituito da grafite allo stato litiato in cui ogni atomo è legato ad altri tre in un piano composto da anelli esagonali fusi assieme e che grazie alla delocalizzazione della nuvola elettronica conduce elettricità.

Negli ultimi anni hanno preso sempre più spazio l’utilizzo come materiale catodico del fosfato litiato di ferro (LiFePO4) denominato LFP, in virtù del basso costo e della maggiore sicurezza offerta come conseguenza del basso potenziale elettrochimico.

Batterie con tecnologie ad alta temperatura

Nelle batterie con tecnologie ad alta temperatura i due elettrodi si trovano allo stato fuso ed isolati fisicamente ed elettricamente tra loro da un separatore ceramico, che permette il passaggio ionico e svolge le funzioni di elettrolita. Il separatore ceramico, costituito da β”-allumina, permette il passaggio ionico solo per temperature interne alla batteria prossime ai 260°C, per questo la cella opera ad alta temperatura con elettrodi fusi.

Trattandosi di batterie che operano ad alta temperatura interna, il modulo batteria viene realizzato all’interno di un contenitore  termicamente isolato che permette di ridurre la dispersione termica.

La temperatura operativa interna al modulo batteria garantisce le performance in potenza/energia e durata di vita in modo indipendente rispetto alle condizioni ambientali.

A questa tipologia di batterie appartengono quelle Sodio/Cloruro di Nichel e  Sodio/Zolfo.

Batterie Nichel/Cadmio

Una batteria nichel/cadmio è composta da coppie di elettrodi isolati elettricamente mediante un separatore e immerse in un  elettrolita di tipo alcalino, costituito da idrossido di potassio in soluzione acquosa. Spesso questo elettrolita è addizionato con piccole quantità di idrossido di litio e idrossido di sodio per aumentarne la vita utile e l’intervallo di temperatura.

Batterie Redox a circolazione di elettrolita di vanadio (VRB)

Le batterie Redox a circolazione di elettrolita sono in grado di accumulare energia elettrica in soluzioni elettrolitiche contenenti differenti coppie Redox, utilizzando reazioni accoppiate di ossido-riduzione in cui sia i reagenti sia i prodotti di reazione, in forma ionica, sono completamente disciolti in soluzione acquosa.

Nel caso specifico della batteria Redox al Vanadio (VRB) la coppia Redox è costituita da Vanadio in differenti stati di ossidazione, V3+/V2+ all’elettrodo positivo e V5+/V4+ al negativo, disciolti in una soluzione di acido solforico.

Una caratteristica fondamentale di questa tecnologia è il totale disaccoppiamento tra le prestazioni in potenza ed in energia:

• la potenza che il sistema può erogare o assorbire dipende dalla quantità di elettrolita che prende parte alla reazione istante per istante (compatibilmente con la velocità della reazione) e quindi dalla superficie della membrana e dalla velocità delle pompe;
• la capacità di accumulo è invece legata alla quantità di elettrolita totale, quindi dalla capienza dei serbatoi.

Pertanto a parità di potenza installata è possibile aumentare/diminuire la capacità aumentando/diminuendo le dimensioni dei serbatoi.

L’efficienza energetica del sistema è influenzata dalla modalità di gestione delle pompe. Nei vecchi sistemi le pompe lavoravano a velocità costante, che comportava una riduzione del rendimento del sistema nei periodi di funzionamento con basso carico e con fasi di stand-by. Nei nuovi sistemi è stata implementata una modalità di gestione delle pompe a velocità variabile, con conseguente miglioramento dell’efficienza del sistema.

Infine, la durata di vita della batteria da un punto di vista elettrochimico è teoricamente illimitata, dal momento che gli elettrodi /elettroliti non partecipano direttamente alle reazioni elettrochimiche di cella se non come portatori di elettroni. Le varie parti del sistema possono essere sostituite nel corso della vita dell’impianto, che può raggiungere una vita attesa di 10000 cicli di utilizzo continuativo.

Prezzi batterie fotovoltaico

In genere, i prezzi di una batteria per il fotovoltaico vanno dai 2000 Euro ai 6000 Euro a seconda del tipo di batteria scelta.

Applicandole poi al fotovoltaico raddoppierebbe il prezzo dell’intero impianto. Indicativamente, per un impianto FV da 3 kWp con batteria al piombo-gel da 5,5 kWp si può spendere ai 14000 Euro; per uno da 6 kWp con accumulo da 11 kwh saliamo a circa 25000 Euro. Tuttavia, i prezzi possono variare anche di molto a seconda delle tecnologie scelte, dal tipo di installazione e dalle offerte del mercato.

Regole per ottenere gli Incentivi

La delibera 574/2014/R/EEL pubblicata dall’Ageegsi (Autorità per energia elettrica e il gas), spiega le regole tecniche che riguardano l’accesso agli incentivi sugli impianti già installati o di nuova installazione che siano dotati di sistemi di accumulo.

Dal documento vengono chiarite le seguenti regole:

1. Chi è in possesso di un impianto fotovoltaico avendo beneficiato degli incentivi statali del Conto Energia dal GSE (Gestore Servizi Energetici) può installare un sistema di accumulo per l’autoconsumo di energia autoprodotta usufruendo dei benefici della detrazione fiscale del 50%.
2. Chi è in possesso di impianti fotovoltaici fino a 20 kW di potenza in scambio sul posto (SSP), installati negli anni 2005-2006 ed incentivati con il Primo Conto Energia non può beneficiare degli ulteriori incentivi per l’integrazione di sistemi di accumulo.
3. Chi non è ancora in possesso di un impianto fotovoltaico ed è interessato ad installarne uno integrato con i sistemi di accumulo usufruisce della detrazione fiscale del 50%, ma non delle tariffe incentivanti ( quelle relative all’energia prodotta dagli impianti fotovoltaici realizzati fino al 2013 con Quinto Conto Energia). E’ comunque garantito un risparmio dovuto alla parziale indipendenza dalla rete elettrica.
4. Sono ancora validi i contributi della Scambio sul Posto ed il Ritiro Dedicato. Grazie ad essi è possibile il riconoscimento dell’energia in rete dal proprio fotovoltaico quando viene prodotta in eccesso e non autoconsumata.
5. I nuovi impianti FV sotto i 20 Kw per uso domestico, oltre a beneficiare dello sgravo fiscale, sono totalmente esenti dal pagamento degli oneri di sistema sull’energia consumata; sono previsti invece per le grandi dimensioni allacciati in bassa tensione.

Fotovoltaico con accumulo: conviene?

Fino a qualche anno fa non era molto conveniente comprare un impianto fotovoltaico con accumulo a causa dell’elevato prezzo dei sistemi di accumulo; oggi invece l’investimento conviene grazie al continuo calo dei prezzi delle batterie anche oltre il 2018.

Bisogna considerare anche che con gli incentivi chiariti dalla Legge di Stabilità del 2016 (detrazione fiscale del 50%), è garantito un gradevole e rapido guadagno dell’investimento dell’impianto fotovoltaico domestico (sia per i nuovi sia per quelli esistenti) nell’arco di 8 anni, oltre a un risparmio del 40% di energia elettrica.