Sistemi di accumulo residenziale: come massimizzare l’autoconsumo

Quando si parla di impianti fotovoltaici, l’autoconsumo è un concetto centrale di cui tenere conto fin dalle prime fasi di progettazione, sia in termini di potenza (kW) che di fabbisogno energetico (kWh).

In sostanza, con “autoconsumo” si intende l’energia prodotta dal sistema fotovoltaico che viene direttamente utilizzata dall’abitazione o dall’azienda, evitando così di prelevare energia dalla rete.

L’energia che non viene consumata immediatamente e che rimane disponibile è definita “eccedenza”, “surplus”, e certamente può essere immessa nella rete elettrica pubblica e rivenduta.

Ma l’accumulo fotovoltaico, oggi, rappresenta certamente la soluzione chiave e più diffusa per massimizzare l’efficienza degli impianti, consentendo di immagazzinare questa energia in eccesso per utilizzarla quando necessario. In questo modo, si riduce la dipendenza dalla rete elettrica e si abbassano i costi delle bollette.

Scegliere un sistema di accumulo abbinato all'impianto fotovoltaico

La crescente consapevolezza ecologica, l’aumento dei costi dell’energia e la diminuzione dei prezzi delle tecnologie di accumulo stanno spingendo sempre più famiglie a optare per l’installazione di un sistema di accumulo abbinato al fotovoltaico. Questa scelta, pur essendo benefica per l’ambiente, comporta un impegno economico significativo: oggi, infatti, gli impianti fotovoltaici con accumulo rappresentano il terzo investimento più rilevante nel bilancio di una famiglia, subito dopo l’acquisto di una casa e di un’auto.

La regola fondamentale di cui tenere conto per il corretto dimensionamento e la corretta progettazione di un impianto fotovoltaico a tetto oggi è ottimizzare l’autoconsumo, al fine di migliorare il ritorno sull’investimento.

Questo avviene perché il valore economico dell’energia che si evita di prelevare dalla rete (fornita dall’impianto) è sempre superiore al valore dell’energia immessa in rete, indipendentemente dalla modalità di remunerazione.

La bolletta elettrica è sicuramente il primo documento su cui fare delle riflessioni: quanti kWh vengono consumati? In quali fasce orarie?

Il profilo di consumo rapportato alla produzione nelle ore di sole definisce il punto di partenza della quota di autoconsumo fisiologico. L’irraggiamento e il numero di ore di sole in base alla zona geografica influenzano in modo sensibile la produzione dell’impianto.

Le tipologie di autoconsumo

Si è soliti definire tre tipologia di autoconsumo:

• Autoconsumo ideale: è l’autoconsumo perfetto che l’impianto fotovoltaico mira a raggiungere e si verifica quando la curva di produzione dell’impianto fotovoltaico coincide perfettamente con la curva di consumo diurno dell’impianto;

• Autoconsumo adattabile: è la situazione in cui abbiamo molti consumi al di fuori delle ore di produzione del fotovoltaico, ma possiamo modificare o aggiungere consumi per cercare di fare in modo che tutti, o almeno gran parte di essi, avvengano durante le ore di produzione del fotovoltaico;

• Autoconsumo vincolato: è la situazione in cui la maggior parte dei consumi avviene al di fuori delle ore di produzione fotovoltaica e non c’è modo di modificarli per sfruttare l’energia prodotta.

PER APPROFONDIRE
Fotovoltaico con sistema di accumulo per autoconsumo: architettura del sistema, criteri di dimensionamento e criticità

In passato, l’autoconsumo si limitava all’energia utilizzata direttamente, ma con l’introduzione delle batterie, il concetto si è evoluto. Oggi si distingue tra autoconsumo diretto, che riguarda l’energia consumata immediatamente durante il giorno, e autoconsumo differito, che si riferisce all’energia utilizzata in un momento diverso grazie alle batterie che immagazzinano l’energia prodotta durante il giorno, quando l’impianto fotovoltaico non è in grado di produrne.

In termini pratici: senza batterie, con l’autoconsumo diretto, generalmente si utilizza solo il 25-30% dell’energia prodotta, rinunciando al restante 70%.

Con l’integrazione delle batterie, invece, è possibile sfruttare il 70-80% dell’energia accumulata, riducendo al minimo l’energia non utilizzata.

Le batterie dei sistemi di accumulo

Le batterie costituiscono il cuore del sistema di accumulo, determinandone sia l’efficienza che la durata. Tra le più comuni, le batterie al litio sono molto apprezzate per i numerosi vantaggi che offrono: alta densità energetica, lunga durata (fino a 15-20 anni) e necessità di bassa manutenzione.

Sono leggere, compatte e consentono cicli di carica e scarica più rapidi e completi rispetto ad altre soluzioni. Le batterie al litio, come quelle agli ioni di litio o al litio-ferro-fosfato (LiFePO4), offrono una durata superiore, con cicli di vita che possono superare i 6.000 cicli e una maggiore efficienza con tassi di rendimento intorno al 90-95%.

Tuttavia, hanno un costo iniziale più elevato. In alternativa, esistono batterie al piombo, che sebbene più economiche, risultano meno efficienti e richiedono una manutenzione più frequente. Le batterie al piombo-acido hanno una durata inferiore (intorno ai 1.500 cicli), rendendole meno adatte per un utilizzo a lungo termine.

Oltre a queste, stanno guadagnando attenzione tecnologie emergenti come le batterie al vanadio e quelle al sodio-zolfo, che offrono potenziale per una maggiore sostenibilità e prestazioni superiori, anche se sono ancora in fase di sviluppo e meno diffuse.

Come scegliere il sistema di accumulo fotovoltaico

La scelta della tecnologia più adatta dipende da vari fattori, come il budget disponibile, le esigenze energetiche e lo spazio disponibile per l’installazione.

Scegliere il sistema di accumulo fotovoltaico più adatto alle proprie esigenze è dunque un passaggio cruciale per massimizzare i benefici di un impianto solare.

Il primo passo consiste certamente nell’analizzare il proprio profilo di consumo energetico. Non bisogna considerare solo la quantità di energia consumata ogni giorno, ma anche le fasce orarie in cui si registra il maggiore utilizzo. Ad esempio, chi consuma molta energia nelle ore serali o notturne può trarre notevoli benefici da un sistema di accumulo che conserva l’energia prodotta durante il giorno. Per avere un quadro chiaro, è utile esaminare le bollette degli ultimi 12 mesi, così da stimare il consumo medio e identificare eventuali picchi stagionali.

Un corretto dimensionamento del sistema di accumulo è essenziale per ottimizzare i benefici economici ed energetici.

Dimensionare una batteria significa calcolare una capacità adeguata a coprire i fabbisogni energetici nelle ore di mancata produzione fotovoltaica, senza incorrere in sprechi o carenze. Questo processo deve tener conto della produzione media giornaliera, della stagionalità dell’irraggiamento solare e dei consumi energetici.

La scelta del sistema di accumulo deve essere compatibile con la capacità produttiva del proprio impianto fotovoltaico.

Un sistema di accumulo sovradimensionato rispetto alla produzione può rappresentare un investimento non giustificato, mentre uno sottodimensionato potrebbe non essere sufficiente a coprire i fabbisogni energetici.

Come abbiamo già anche anticipato poco fa, i sistemi fotovoltaici domestici senza accumulo raggiungono mediamente un autoconsumo del 30%, principalmente a causa della discrepanza tra la produzione di energia e i momenti di utilizzo.

Come indicazione generale, per ottenere un autoconsumo del 30% da un impianto fotovoltaico, una casa deve essere dotata di un impianto da circa 1 kW, che produce annualmente circa 1.000 kWh. Pertanto, una famiglia che consuma 3.000 kWh all’anno necessita di un impianto solare da 3 kW, che rappresenta la dimensione tipica per le installazioni residenziali.

Con l’introduzione di sistemi di accumulo, è possibile raggiungere tassi di autoconsumo di circa il 70%.

Per ottenere un elevato livello di autoconsumo, la capacità della batteria deve essere proporzionata alla potenza del sistema fotovoltaico.

Ad esempio, un impianto solare da 3 kW richiede una batteria con una capacità compresa tra 3 e 3,6 kWh. Se il sistema di accumulo è destinato a ridurre i costi in bolletta e a proteggere da blackout, il dimensionamento della batteria va determinato in base alle esigenze energetiche della famiglia: numero di persone, frequenza d’uso dei dispositivi elettronici e tipologia di elettrodomestici. Naturalmente, maggiore è l’utilizzo degli apparecchi elettrici, più grande dovrà essere sia il sistema di accumulo che l’impianto fotovoltaico.

In fase di dimensionamento del sistema di accumulo bisogna anche tenere presente che la capacità effettivamente utilizzabile non è quella nominale. Per non ridurre prematuramente la vita utile delle batterie, infatti, è importante non scaricarle mai completamente, ma fermarsi a circa il 10% della carica.

A seconda della configurazione dell’installazione, i sistemi di accumulo possono essere collegati al lato in corrente alternata (AC, lato casa) o al lato in corrente continua (DC, lato impianto fotovoltaico).

Solitamente, nei casi di retrofit, il sistema è connesso al lato AC. In una nuova installazione, invece, il collegamento avviene sul lato DC, con l’impianto fotovoltaico direttamente collegato all’inverter del sistema di accumulo.

La connessione in DC è più efficiente, poiché le batterie si caricano e scaricano in corrente continua, evitando la necessità di un componente elettronico per convertire la corrente alternata in continua.

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