Batteria per pannelli solari 12V: guida a scelta e taglia

Una casetta da giardino, una baita senza allaccio, un camper, un impianto di videosorveglianza in un punto isolato: sono le situazioni in cui si finisce a cercare una batteria da 12 V da abbinare a un pannello solare. Il numero scritto sull’etichetta, quello degli amperora, dice molto meno di quanto sembri, e questa guida serve a leggere quello che c’è dietro.

A cosa serve un sistema a 12 volt

I 12 volt sono la tensione dei sistemi elettrici mobili e delle piccole isole energetiche. Camper, barche, casette da giardino, rifugi, roulotte, telecamere e cancelli automatici lavorano tutti su quella base, e da lì nasce l’abbinamento con un pannello solare che ricarica una batteria durante il giorno.

Vale la pena chiarire subito il confine con il fotovoltaico da balcone, perché le due cose si incrociano spesso nelle ricerche. Un kit plug and play lavora in corrente alternata a 230 volt: il microinverter converte subito quello che il pannello produce e lo spinge nella presa di casa. Una batteria da 12 V vive invece in corrente continua e si trova a valle del pannello, prima di qualsiasi conversione. Chi cerca di accumulare l’energia di un impianto da balcone deve guardare i sistemi di accumulo plug and play, progettati per parlare la lingua del microinverter.

Il sistema a 12 V ha quattro componenti, e il costo si divide in modo abbastanza equilibrato fra loro.

Senza inverter il sistema alimenta direttamente carichi a 12 V, che nel mondo del camper e della nautica sono la maggioranza: luci LED, pompe, frigoriferi a compressore, prese USB. Aggiungere l’inverter serve a far funzionare apparecchi domestici comuni e introduce una perdita di conversione fra il 10 % e il 15 %.

Le tecnologie disponibili e cosa cambia davvero

Sul mercato italiano trovi quattro famiglie, che condividono la tensione e si comportano in modo completamente diverso una volta collegate a un pannello.

Piombo-acido da avviamento. Sono le batterie dell’automobile, costruite per erogare una corrente enorme per pochi secondi e poi tornare piene. Un ciclo solare le tratta all’opposto, con scariche lente e profonde ripetute ogni giorno, e questo le distrugge in pochi mesi. Vanno escluse da un impianto solare, anche quando il prezzo tenta.

AGM ciclica. Il piombo è imprigionato in una matrice di fibra di vetro assorbente, da cui il nome. Sono sigillate, non richiedono rabbocchi, sopportano l’installazione in qualsiasi posizione e accettano correnti di carica elevate. La FAAM FLL12-100, per esempio, viene dichiarata per circa 1.000 cicli con scariche al 50 %.

GEL. Stessa chimica al piombo con l’elettrolita gelificato. Reggono meglio le scariche profonde e la vita a temperature alte, arrivando fino a circa 2.500 cicli al 50 % nelle versioni di qualità, con un costo superiore alle AGM e una minore tolleranza alle correnti di carica rapide.

LiFePO4. Litio ferro fosfato, la chimica che ha cambiato il settore. LiTime dichiara per la sua 12V 100Ah 4.000 cicli al 100 % di scarica, 6.000 all’80 % e 15.000 al 60 %, con un peso intorno agli 11 kg contro i quasi 30 di una piombo di pari capacità. Include sempre un BMS, l’elettronica che protegge le celle da sovraccarica, scarica profonda, cortocircuito e temperature fuori range.

Perché 100 amperora non sono 100 amperora

Il dato di targa di una batteria indica la capacità teorica, quella che potresti estrarre svuotandola completamente. Nessuna batteria va svuotata completamente, e la quota che puoi effettivamente usare cambia enormemente da una tecnologia all’altra.

Il calcolo dietro il grafico è elementare. Una batteria al piombo ha tensione nominale 12,0 V, quindi 100 Ah valgono 1.200 Wh; il litio ferro fosfato sta a 12,8 V, quindi 1.280 Wh. Da lì si applica la profondità di scarica raccomandata: 50 % per il piombo ciclico, 90 % o più per il litio.

Una LiFePO4 da 100 Ah mette a disposizione quasi il doppio dell’energia di una AGM di pari targa. Chi confronta i prezzi guardando gli amperora sta quindi confrontando due cose diverse, e il paragone corretto si fa sui wattora utilizzabili.

C’è un secondo effetto meno visibile. Nel piombo la capacità dipende dalla velocità di scarica, un fenomeno noto come effetto Peukert: una batteria dichiarata 100 Ah a venti ore di scarica ne eroga circa 80 se la svuoti in cinque ore. Le schede tecniche lo indicano con le sigle C20 e C5. Nelle LiFePO4 il fenomeno è quasi assente, e la capacità resta la stessa anche con correnti elevate.

Quanti amperora servono: il calcolo passo per passo

La taglia si ricava dal consumo, con quattro numeri.

1. Il consumo giornaliero in wattora: somma di potenza per ore di uso di ogni apparecchio.
2. I giorni di autonomia che vuoi coprire senza sole, tipicamente 2 per un uso ricreativo e 3-4 per un impianto permanente.
3. La profondità di scarica ammessa dalla tecnologia scelta.
4. Il rendimento di carica e scarica, intorno al 95 % per il litio e all’80 % per il piombo.

Prendiamo una casetta da giardino con un impianto modesto.

Con due giorni di autonomia servono circa 500 Wh netti. La conversione in capacità nominale cambia radicalmente secondo la chimica:

• LiFePO4: 500 ÷ 0,90 ÷ 0,95 = 585 Wh, che a 12,8 V fanno 46 Ah, quindi una batteria da 50 Ah
• AGM: 500 ÷ 0,50 ÷ 0,80 = 1.250 Wh, che a 12 V fanno 104 Ah, quindi una batteria da 120 Ah

Il rapporto fra le due taglie spiega perché il confronto sul prezzo di listino inganna. Per lo stesso servizio ti serve più del doppio di capacità nominale al piombo, e con essa più del doppio di peso e di ingombro.

Quanto pannello serve per ricaricarla

La domanda «che pannello serve per una batteria da 100 Ah» ha una risposta contro-intuitiva: la misura giusta nasce dal consumo da rimpiazzare ogni giorno, letto nel mese peggiore dell’anno.

Il calcolatore PVGIS della Commissione europea dà la produzione reale di un modulo. Ecco cosa produce un pannello da 100 W inclinato a 55° verso sud, angolo scelto per privilegiare l’inverno, con perdite di sistema al 14 %.

Da questi valori vanno tolte le perdite del regolatore e del ciclo di carica e scarica della batteria, che portano via un altro 15-25 % secondo la tecnologia. Per i 252 Wh al giorno dell’esempio, con un margine ragionevole, servono quindi circa 150 W di pannello a Roma e 200-250 W a Milano, se l’impianto deve funzionare anche a dicembre.

Il salto fra dicembre e luglio, oltre il doppio, è il motivo per cui gli impianti a isola si dimensionano sempre sul mese peggiore e d’estate sprecano energia. L’inclinazione ripida serve proprio a ridurre quel divario, un meccanismo che abbiamo spiegato con i numeri nella guida all’inclinazione dei pannelli solari.

Il regolatore di carica: PWM o MPPT

Fra pannello e batteria serve sempre un regolatore, che impedisce alla batteria di sovraccaricarsi e le somministra la tensione giusta nelle diverse fasi. I due tipi in commercio lavorano in modo diverso.

Il PWM collega di fatto il pannello alla batteria e taglia la corrente a impulsi quando la carica è completa. La tensione del pannello viene trascinata al valore della batteria, e tutto quello che stava sopra quel valore va perso. Con un vecchio modulo da 36 celle, che lavora intorno ai 18 V, la perdita è contenuta.

L’MPPT insegue il punto di massima potenza del pannello e converte l’eccesso di tensione in corrente aggiuntiva. Un test pubblicato da MPPT Solar mostra un pannello che eroga 1,68 A in ingresso e diventa 2,07 A verso la batteria, un 23 % di corrente in più rispetto a quello che un PWM avrebbe consegnato.

La scelta diventa quindi una domanda sola: quanto è alta la tensione del tuo pannello rispetto alla batteria.

Un dettaglio che manda in crisi molti impianti improvvisati: i pannelli fotovoltaici da tetto o da balcone di oggi hanno tensioni troppo alte per un PWM. Un modulo da 400-450 W lavora sopra i 30 V e arriva a 40 V e più a circuito aperto, quindi con un regolatore PWM perderesti circa metà dell’energia e in alcuni casi supereresti la tensione massima ammessa.

Il dimensionamento del regolatore si fa sulla corrente: potenza del pannello divisa per la tensione della batteria, con un 25 % di margine. Per 400 W su un sistema a 12 V significa 400 ÷ 12,8 = 31 A, quindi un regolatore da 40 A.

Le tensioni di carica decidono la durata

Ogni chimica vuole la sua tensione, e un regolatore impostato sul profilo sbagliato accorcia la vita della batteria in silenzio, senza guasti visibili finché la capacità non è già andata.

I valori di riferimento usati da Victron Energy nei suoi carica batterie danno un’idea degli ordini di grandezza per un sistema a 12 V.

LiTime, per esempio, indica 14,6 V come tensione di carica consigliata per la sua LiFePO4 da 100 Ah. La regola operativa resta comunque una sola: prendi i valori dalla scheda tecnica della tua batteria e impostali a mano nel regolatore, invece di fidarti del profilo generico di fabbrica.

Sul piombo c’è un parametro in più, la carica di equalizzazione, una sovratensione periodica che rimescola l’elettrolita e recupera la solfatazione. Sulle LiFePO4 quella funzione va disattivata, perché una sovratensione volontaria è esattamente quello che il BMS cerca di evitare.

Il freddo, il limite che sorprende

È la caratteristica meno nota del litio ferro fosfato e la più capace di rovinare una batteria nuova. Sotto 0 °C le celle LiFePO4 non vanno caricate. LiTime indica per la sua batteria un intervallo di carica fra 0 °C e 50 °C, mentre la scarica resta ammessa fra −20 °C e 60 °C.

Il motivo è chimico: a bassa temperatura gli ioni di litio faticano a inserirsi nell’anodo di grafite e si depositano in superficie come litio metallico, formando strutture che riducono la capacità in modo permanente e nei casi estremi provocano cortocircuiti interni.

Per un impianto italiano il tema riguarda le installazioni in montagna, i garage non riscaldati e i camper svernati fuori. Le contromisure sono tre: un BMS che blocca la carica sotto zero, funzione che i modelli seri hanno e che vale la pena verificare nella scheda; le versioni con riscaldatore integrato, che scaldano le celle prima di accettare corrente; oppure la collocazione della batteria in un vano interno.

Il piombo ha il problema opposto e più prevedibile: al freddo eroga meno capacità, con una perdita che a 0 °C si aggira intorno al 20 %, e la recupera quando torna il caldo. Sul comportamento delle batterie nel tempo, temperatura compresa, abbiamo raccolto i dati nella guida su quanto durano le batterie del fotovoltaico.

Cavi, fusibili e il limite dei 12 volt

A bassa tensione le correnti diventano alte in fretta, e questo è il vero punto debole dei sistemi a 12 V. La potenza è tensione per corrente, quindi un inverter da 1.000 W assorbe più di 80 A dalla batteria: una corrente da cavi di sezione importante, tipicamente 25 mm², e da fusibili dimensionati con cura.

Tre regole di installazione valgono sempre.

• Un fusibile a protezione di ogni collegamento che parte dal positivo della batteria, il più vicino possibile al morsetto. Un cortocircuito su un cavo non protetto scarica decine di kiloampere e incendia l’isolante in pochi secondi.
• Cavi corti e generosi: su 12 V una caduta di tensione di 0,5 V pesa oltre il 4 %, mentre su 48 V la stessa caduta vale l’1 %.
• Capicorda crimpati, con i cavi in rame fissati saldamente ai morsetti; le connessioni allentate scaldano e sono la causa più comune di guasto negli impianti autocostruiti.

Il collegamento di più batterie segue due schemi. In parallelo, positivo con positivo, la tensione resta 12 V e la capacità si somma: due batterie da 100 Ah diventano 200 Ah. In serie, positivo di una sul negativo dell’altra, la capacità resta 100 Ah e la tensione raddoppia a 24 V. Le batterie collegate insieme devono essere dello stesso modello, della stessa età e con lo stesso stato di carica, altrimenti la più debole trascina in basso tutte le altre.

Quando la potenza richiesta supera il migliaio di watt, la strada corretta è passare a 24 V o 48 V. La stessa energia viaggia con metà o un quarto della corrente, i cavi si assottigliano e le perdite crollano. È lo stesso motivo per cui gli accumuli domestici da parete lavorano ad alta tensione, tema che abbiamo trattato nella guida alla batteria per impianto fotovoltaico.

Quanto costa un kilowattora immagazzinato

Il prezzo di acquisto dice poco. Il numero che permette di confrontare tecnologie diverse è il costo di ogni kilowattora che passa attraverso la batteria nella sua vita: prezzo diviso per il prodotto fra cicli disponibili ed energia utilizzabile per ciclo.

Il rapporto è di circa cinque a uno a favore del litio, e diventa ancora più netto se si considera che le AGM raramente raggiungono i cicli dichiarati quando l’impianto le scarica più del 50 % o le lascia scariche a lungo.

L’AGM conserva due vantaggi concreti. Il prezzo iniziale più basso conta quando il budget è il vincolo, e la sua tolleranza al freddo la rende adatta a locali non riscaldati dove una LiFePO4 senza riscaldatore resterebbe bloccata in carica per mesi. Per un impianto stagionale usato poche settimane l’anno, il conto sui cicli non fa in tempo a manifestarsi.

Il verdetto

Per un impianto a 12 V che lavora tutti i giorni la scelta economicamente sensata oggi è il litio ferro fosfato: costa di più all’acquisto e circa un quinto per kilowattora ciclato, pesa un terzo e mette a disposizione quasi il doppio dell’energia a parità di targa.

Le tre cose da controllare prima di ordinare: il consumo giornaliero reale, il numero da cui nasce la taglia corretta; il tipo di regolatore, con MPPT obbligatorio se il pannello è un modulo moderno ad alta tensione; e la temperatura del locale dove starà la batteria, che decide se ti serve un BMS con blocco della carica a freddo o un modello riscaldato.

Chi arriva a questa guida partendo dal fotovoltaico da balcone trova invece una risposta diversa. Lì i 12 V non entrano in gioco, perché tutto avviene a 230 V dopo il microinverter, e le strade per non regalare il surplus alla rete stanno nella guida al fotovoltaico plug and play senza immissione in rete.