Dimensionare batteria e autosufficienza

1Grado di autosufficienza e quota di autoconsumo non sono la stessa cosa

Entrambe le cifre descrivono la stessa quantità di energia, ma con denominatori diversi, ed è proprio per questo che vengono confuse di continuo.

Il grado di autosufficienza dice quale quota del tuo consumo proviene dal tuo impianto. La formula: energia solare autoconsumata divisa per il consumo totale. Una famiglia che consuma 3.500 chilowattora e ne copre 1.300 con il proprio impianto ha un grado di autosufficienza del 37 per cento.

La quota di autoconsumo dice quale parte della tua produzione resta in casa. Formula: energia solare autoconsumata divisa per la produzione totale. Lo stesso impianto con 4.800 chilowattora di produzione arriva quindi al 27 per cento.

La differenza non è accademica. Il grado di autosufficienza riguarda quanto sei indipendente dalla rete; è il numero che la maggior parte delle persone intende quando parla di «autosufficienza». La quota di autoconsumo riguarda quanto bene usi la tua elettricità; è il numero che decide la convenienza, perché l'elettricità autoconsumata fa risparmiare l'intero prezzo di acquisto, mentre quella immessa rende solo la tariffa molto più bassa.

Un impianto grande alza il grado di autosufficienza e allo stesso tempo abbassa la quota di autoconsumo. Un impianto piccolo fa il contrario. Chi vuole massimizzare una delle due cifre deve sapere quale.

2Cosa fa una batteria, e cosa no

Una batteria sposta energia nel tempo, dal picco di mezzogiorno alla sera. Niente di più. Questa sola affermazione risponde alla maggior parte delle domande sull'accumulo.

Senza accumulo, l'energia solare arriva quando la famiglia tipica consuma di meno. Ciò che avanza va in rete. La sera, quando si cucina, si riscalda e si guarda la televisione, l'elettricità torna dalla rete, solo più cara. La batteria colma proprio questo vuoto.

Ne deriva il primo limite: una batteria può spostare solo quanto è in eccedenza di giorno e serve la sera. In una famiglia che consuma comunque di giorno, con lavoro da casa o una pompa di calore che funziona di giorno, c'è meno da spostare, e la batteria contribuisce di conseguenza meno.

Il secondo limite è la stagione. D'estate ogni giorno c'è più eccedenza di quanta la batteria possa contenere; è piena a mezzogiorno e vuota la sera, un ciclo perfetto. A dicembre in molti giorni non c'è eccedenza; allora la batteria resta vuota e non contribuisce nulla. Una batteria supera la notte, non l'inverno. L'accumulo stagionale con batterie non è fattibile né fisicamente né economicamente: servirebbe cento volte la capacità.

Il terzo limite sono le perdite. Un accumulo al litio restituisce circa il 90-95 per cento dell'energia caricata; con le perdite dell'inverter in entrambe le direzioni il sistema nel suo insieme ne conserva circa l'85-90 per cento. Dieci chilowattora caricati diventano poco più di nove utilizzabili.

3Quanto deve essere grande la batteria

La regola pratica più comune: circa un chilowattora di capacità utilizzabile per ogni 1.000 chilowattora di consumo annuo. Una famiglia con 3.500 chilowattora arriva a 3,5 chilowattora, una con 5.000 a 5.

Una seconda regola, altrettanto buona, si riferisce all'impianto: circa un chilowattora di accumulo per chilowatt di picco. Con un dimensionamento tipico entrambe portano a taglie simili, perché impianto e consumo di solito si corrispondono.

Conta cosa succede oltre questa taglia. La curva del grado di autosufficienza in funzione della capacità sale prima ripidamente e poi si appiattisce nettamente. Per la nostra famiglia di esempio — 3.500 chilowattora di consumo, 3,5 kWp su un tetto a sud-ovest a Colonia, calcolati con il calcolatore di SolarFinder — il salto da zero a 3,5 chilowattora porta circa 25 punti percentuali di autosufficienza, dal 34 al 59 per cento. Il salto da 3,5 a 7 ne porta solo dieci, da 7 a 14 altri quattro. Ogni chilowattora in più costa lo stesso.

Il motivo è semplice: la prima parte della batteria viene usata completamente quasi ogni giorno dell'anno. La parte superiore solo nei pochi giorni in cui c'è abbastanza eccedenza e abbastanza consumo serale: mai d'inverno, non sempre d'estate. Una batteria sovradimensionata resta per lo più mezza vuota e invecchia comunque.

In pratica significa: per il primo acquisto attieniti alla regola pratica. Molti sistemi si possono ampliare in seguito, se si aggiunge una pompa di calore o un'auto elettrica e il consumo serale aumenta davvero.

4Quale grado di autosufficienza è realistico?

Senza accumulo, una famiglia media con un impianto di taglia adeguata — circa 1 kWp ogni 1.000 chilowattora di consumo annuo — raggiunge un grado di autosufficienza del 30-40 per cento. Il valore è più alto se di giorno c'è qualcuno in casa e più basso con un classico profilo da pendolare. Un impianto da balcone da 0,8 kWp copre il 15-25 per cento.

Con una batteria dimensionata secondo la regola pratica — circa 1 chilowattora ogni 1.000 chilowattora di consumo — i valori salgono al 55-65 per cento. Se l'impianto è più grande del consumo e la batteria un po' più grande della regola pratica, si arriva al 70-80 per cento: l'impostazione predefinita del calcolatore, 4 kWp con una batteria da 5 chilowattora e 3.500 chilowattora di consumo, dà a seconda del luogo dal 68 (Amburgo) al 74 per cento (Monaco). Tutto ciò che sta sopra richiede un impianto molto più grande, una batteria molto più grande o un consumo che si possa spostare in gran parte nelle ore diurne.

Oltre l'80 per cento di autosufficienza annua si arriva in Europa centrale solo se impianto e batteria sono molto grandi per il consumo — il calcolatore lo mostra per esempio con 6 kWp e una batteria da 10 chilowattora per 3.500 chilowattora di consumo (82-89 per cento). Il motivo sta nella distribuzione mensile: da novembre a febbraio si produce in tutto solo circa il 14 per cento della resa annua. In questi mesi l'elettricità arriva per lo più dalla rete, per quanto grande sia la batteria.

Al contrario, nel semestre estivo un'autosufficienza completa per settimane è normale. Chi osserva il proprio impianto a luglio e proietta il dato sull'anno ottiene un quadro del tutto sbagliato, la stessa trappola della previsione di resa.

Un buon grado di autosufficienza, del resto, non è fine a se stesso. Costa denaro, e oltre un certo punto si compra indipendenza a un prezzo superiore a quello dell'elettricità di rete. Chi vuole l'autosufficienza per convinzione dovrebbe saperlo e decidere consapevolmente; chi fa i conti si ferma prima.

5La batteria conviene?

Il beneficio di una batteria è un solo numero: la differenza tra quanto costa un chilowattora dalla rete e quanto avrebbe reso se immesso. Con 35 centesimi di prezzo di acquisto e 8 di tariffa sono 27 centesimi per chilowattora spostato.

Quanti chilowattora sposta una batteria all'anno risulta dalla capacità utilizzabile per il numero di cicli completi. La simulazione oraria del calcolatore arriva, per una batteria da 5 kWh su un impianto da 4-6 kWp, a circa 230-290 cicli completi all'anno: quasi uno al giorno d'estate, quasi nessuno d'inverno. La batteria restituisce così circa 1.150-1.450 chilowattora.

Moltiplicato per 27 centesimi dà un beneficio annuo di circa 310-390 euro. Se la batteria costa 4.000 euro, il rientro semplice è di 10-13 anni, pari o oltre la tipica durata della garanzia di dieci anni o 6.000-10.000 cicli.

Questo calcolo è sensibile a tre grandezze. Se il prezzo dell'elettricità sale, la batteria diventa rapidamente più interessante. Se scende il prezzo della batteria, lo stesso. E più consumo serale ha la famiglia, più cicli si accumulano. Chi ha una pompa di calore o un'auto elettrica fa conti molto più favorevoli di una coppia senza né l'una né l'altra.

Cosa non va nel calcolo: l'impianto stesso. Il fotovoltaico di regola si ripaga molto più in fretta della batteria, di solito in otto-dodici anni. Considerarli insieme nasconde il fatto che sono due decisioni di investimento distinte. Puoi costruire l'impianto e aggiungere la batteria in seguito.

Così calcola anche SolarFinder: l'ammortamento è il costo totale diviso per il risparmio annuo. Come costo totale il calcolatore preimposta il prezzo di negozio di un kit adatto alla taglia di impianto e batteria impostata; se non ce n'è uno, compare un valore predefinito indicato come stima. Un prezzo tuo, per esempio da un preventivo, lo imposti con il cursore: resta poi invariato, anche se cambi impianto o batteria.

6Quanto tempo serve per riempire la batteria?

Il tempo di carica dipende dall'eccedenza, non dalla potenza dell'impianto. Conta ciò che resta dopo aver tolto il consumo in corso della casa.

Un esempio: un impianto da 5 kWp in una limpida giornata di giugno fornisce intorno a mezzogiorno circa 4 kilowatt. Il consumo di base della casa è di 0,4 kilowatt. Restano 3,6 kilowatt di potenza di carica. Una batteria con 10 chilowattora utilizzabili è quindi piena in poco meno di tre ore, a patto che fosse vuota e che la potenza di carica del sistema lo consenta.

Proprio lì sta il secondo limite: molte batterie domestiche caricano al massimo a 0,5 C, cioè metà della loro capacità all'ora. Una batteria da 10 kWh assorbe allora al massimo 5 kilowatt; con impianti più piccoli il collo di bottiglia è comunque l'eccedenza.

In primavera e in autunno ciò si estende su tutta la giornata, perché la potenza arriva solo a due-tre kilowatt. A dicembre in molti giorni la batteria non si riempie affatto.

Per il dimensionamento ne deriva un test semplice: se la tua batteria non si riempie in una giornata estiva media, è troppo grande per il tuo impianto. Se è piena a metà mattina e il resto della giornata va in rete, è troppo piccola, oppure l'impianto è troppo grande.

7Un esempio completo

Una famiglia di quattro persone a Colonia consuma 4.200 chilowattora all'anno, soprattutto al mattino e alla sera. Sul tetto esposto a sud-ovest sono previsti 6 kWp con 35 gradi di inclinazione; secondo i valori orari PVGIS del calcolatore la resa specifica è di circa 925 chilowattora per chilowatt di picco, per 5.550 chilowattora di produzione. Tutte le cifre di questo esempio provengono dal calcolatore di SolarFinder.

Senza accumulo: l'autoconsumo è circa il 28 per cento della produzione, cioè 1.550 chilowattora. Il grado di autosufficienza è 1.550 su 4.200, cioè il 37 per cento. Circa 4.000 chilowattora vanno in rete.

Con una batteria secondo la regola pratica, 4,2 chilowattora utilizzabili, arrotondati a un sistema standard da 5 kWh: nel calcolatore la batteria compie circa 270 cicli completi all'anno e restituisce circa 1.370 chilowattora che altrimenti arriverebbero dalla rete. L'autoconsumo sale a 2.910, la quota di autoconsumo al 52 per cento, il grado di autosufficienza al 69 per cento.

L'effetto economico: il risparmio annuo sale da 862 a 1.221 euro, cioè di circa 360 euro: 1.370 chilowattora per 27 centesimi di differenza, meno le perdite di carica. Con un sovrapprezzo di 4.000 euro per la batteria, sulla carta si ripaga in poco più di 11 anni.

E la variante che molti trascurano: investire gli stessi 4.000 euro in più moduli invece che nella batteria porterebbe su questo tetto circa 3 kWp in più e quindi circa 2.780 chilowattora di produzione in più, di cui solo una piccola parte sarebbe autoconsumata. Quale variante vinca dipende dal rapporto tra prezzo dei moduli, prezzo della batteria e tariffa di immissione. Puoi provare proprio questo calcolo in SolarFinder, cambiando la potenza dell'impianto e la batteria indipendentemente l'una dall'altra.

8Comprarla subito o aggiungerla dopo?

L'impianto si ripaga più in fretta della batteria. Ne deriva una strategia ovvia: costruire prima il fotovoltaico e aggiungere la batteria dopo, quando prezzo dell'elettricità, prezzo della batteria o il proprio consumo lo suggeriscono.

Tecnicamente ci sono due strade. Una batteria accoppiata in AC sta dopo l'inverter sulla rete di casa e si può collegare praticamente a qualsiasi impianto esistente, anche di un'altra marca. Ha qualche perdita in più, perché l'elettricità viene convertita due volte, ma è del tutto indipendente dall'impianto esistente. Una batteria accoppiata in DC sta prima dell'inverter e lavora in modo più efficiente, ma richiede un inverter ibrido, che deve esserci fin dall'inizio o va sostituito in seguito.

Chi vuole tenersi aperta l'aggiunta compra quindi subito un inverter ibrido. Il sovrapprezzo rispetto a un inverter di rete puro è contenuto e molto inferiore a una sostituzione successiva.

Gli argomenti principali contro l'attesa sono incentivi e installazione. Se la batteria viene installata insieme all'impianto, lo sforzo si sostiene una volta sola: ponteggio, elettricista, comunicazione al gestore di rete. Dopo, una parte si ripete. Se questo pesi più del vantaggio di una batteria successiva, di solito più economica, dipende dal preventivo.

Una terza opzione viene spesso trascurata: niente batteria, ma spostare i consumi. Far funzionare lavatrice, lavastoviglie, riscaldamento dell'acqua e ricarica dell'auto elettrica nelle ore centrali aumenta l'autoconsumo più o meno quanto una piccola batteria, e non costa nulla se non un'abitudine.

9Alimentazione di emergenza, backup e cosa fornisce davvero la batteria

Molti comprano una batteria aspettandosi di restare alimentati durante un blackout. Non è scontato. Al contrario: una batteria standard si spegne quando la rete cade.

Il motivo è una norma di sicurezza. Gli inverter devono scollegarsi quando la rete cade, perché nessuno lavori su una linea che crede spenta mentre l'impianto continua a immettere. Senza tecnica aggiuntiva, anche un impianto con la batteria piena resta quindi fermo non appena manca la corrente di rete.

Ci sono due livelli di dotazione che cambiano le cose. La funzione di emergenza fornisce una sola presa dopo l'interruzione, di solito con potenza limitata e con una pausa da pochi secondi a qualche minuto. Basta per frigorifero, router e luci. La funzione di backup invece alimenta tutta la casa tramite un commutatore e, a seconda del sistema, può funzionare anche senza interruzione. È molto più complessa e costosa, perché servono un sezionatore di rete e un cablaggio adeguato.

Entrambe vanno ordinate all'acquisto. L'aggiunta successiva è tecnicamente possibile con molti sistemi ma costosa, perché interviene sull'impianto elettrico di casa. Chi vuole la batteria come riserva dovrebbe deciderlo prima della scelta e vederlo esplicitamente nel preventivo; nella vendita i termini sono spesso usati con leggerezza.

Per il calcolo di convenienza la funzione non conta: non fa risparmiare alcun chilowattora, aumenta la disponibilità. Chi la vuole compra comodità e sicurezza, non rendimento.

10Errori frequenti

Confondere grado di autosufficienza e quota di autoconsumo. Entrambe le cifre descrivono la stessa quantità di energia con denominatori diversi e portano a conclusioni opposte.

Dimensionare la batteria su una giornata estiva. Chi sceglie la capacità per coprire un giorno di giugno compra troppo per undici mesi.

Usare la capacità lorda invece di quella utilizzabile. Tra le due c'è spesso il dieci per cento.

Sperare nell'autosufficienza stagionale. La batteria supera la notte, non l'inverno; per quello manca un fattore cento.

Mescolare batteria e impianto in un unico calcolo. L'impianto si ripaga molto più in fretta; sommati, la batteria sembra migliore di quanto sia.

Ipotizzare un numero fisso di cicli completi. Quante volte all'anno una batteria compie un ciclo completo dipende dal rapporto tra impianto, batteria e consumo: una batteria da 5 kWh su 4-6 kWp arriva a 230-290 cicli completi, una batteria troppo grande per l'impianto a molti meno.