Batterie per fotovoltaico per dimensione di tensione
Batterie per il fotovoltaico per tensione divide l' accumulo a batteria in due classi elettricamente incompatibili: pacchi a bassa tensione basati su un bus DC a 48 V e stack ad alta tensione che vanno da circa 100 V a 600 V. La classe è dettata dall'inverter, non dalla preferenza: la maggior parte dei moderni inverter ibridi residenziali richiede uno stack ad alta tensione, mentre i sistemi a 48 V sono adatti agli inverter off-grid e alle installazioni in stile Victron Energy. La tensione determina la corrente, la sezione dei cavi, l'efficienza di conversione e la qualifica dell'installatore. Guida
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Accumuli a bassa tensione e alta tensione: cosa cambia con il voltaggio
Entrambe le classi utilizzano le stesse celle LiFePO4. La differenza risiede nel numero di celle collegate in serie prima che il pacco raggiunga l'inverter. Un pacco a bassa tensione si attesta su un valore nominale di circa 48 V, rientrando comodamente nell'ambito SELV. Uno stack a alta tensione dispone i moduli in serie finché la stringa non si posiziona approssimativamente tra 100 V e 600 V, allineandosi alla finestra DC dell'ingresso batteria dell'inverter. Poiché la potenza è data dal prodotto di tensione e corrente, gli stessi 5 kW di carica che assorbono oltre 100 A a 48 V ne assorbono meno di 20 A a 350 V.
Questo singolo rapporto influenza tutto il resto: la sezione del cavo, i valori di fusibili e isolatori, le perdite resistive nel percorso DC, l' efficienza di conversione dello stadio DC/DC dell'inverter e il regime di sicurezza in cui opera l'installatore. È anche questo il motivo per cui le due classi non sono intercambiabili. Un inverter è progettato per una specifica finestra di tensione della batteria e non ne accetterà un'altra; inoltre, pacchi di classi di tensione diverse non possono essere combinati su un unico bus DC.
DAL CAMPO
"L'errore che riscontro più spesso è un banco a 48 V cablato con un cavo scelto per il carico medio invece che per il picco. A 48 V una scarica di 5 kW supera i 100 A, quindi un tratto di due metri richiede 50 mm² o più e ogni capocorda deve essere crimpato correttamente. L'alta tensione trasporta la stessa energia utilizzando una frazione del rame, ed è esattamente per questo che gli ibridi residenziali si sono evoluti in questa direzione. La bassa tensione vince ancora quando è necessario un bus DC che possa essere condiviso con altre apparecchiature."
Ladislav Proc · Specialista in fotovoltaico, ONSA Plus
Come scegliere tra l'accumulo a bassa tensione e quello ad alta tensione
Questo filtro non rappresenta una classifica di qualità. Si tratta di un asse di compatibilità e, nella maggior parte dei progetti, la risposta è già determinata dall'inverter a parete o dall'inverter che avete specificato. Verificate la finestra DC della batteria nella scheda tecnica dell'inverter prima di esaminare qualsiasi pacco.
Se l'inverter non è ancora stato scelto, decidete in base alla tipologia di installazione: un ibrido residenziale connesso alla rete con un unico blocco di accumulo suggerisce l'alta tensione, mentre un sistema off-grid o ibrido accoppiato in DC con caricabatterie, regolatori MPPT e carichi DC che condividono un unico bus suggerisce i 48 V.
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Corrente, sezione del cavo, perdite ed efficienza di conversione
La corrente è l'elemento che determina il dimensionamento dell'installazione DC, ed è inversamente proporzionale alla tensione per una data potenza. Questo è il cuore pratico della scelta.
- A 48 V: 5 kW significano circa 105 A. Tratti brevi in rame da 35 a 70 mm², sezionatori DC ad alta portata, fusibili di classe T o NH e capicorda serrati con la coppia corretta sono tutti obbligatori, non opzionali.
- A 400 V: gli stessi 5 kW corrispondono a circa 12,5 A, supportati comodamente da un cavo solare da 6 mm² con connettori MC4 standard.
- La perdita resistiva aumenta con il quadrato della corrente. Dimezzare la corrente riduce a un quarto la perdita nello stesso conduttore, quindi un collegamento della batteria lungo è molto più economico da realizzare ad alta tensione.
- La caduta di tensione a 48 V è il motivo per cui le batterie a bassa tensione devono essere posizionate vicino all'inverter. Pochi metri di cavo sottodimensionato possono costare diverse percentuali dell'energia immagazzinata e causare interruzioni per sottotensione al picco di carico.
La tensione influisce anche sulla catena di conversione. Uno stack ad alta tensione opera a un livello vicino alla tensione del link DC interno dell'inverter, pertanto il convertitore DC/DC ha meno lavoro da fare e l'efficienza complessiva (round-trip) è tipicamente leggermente superiore. Un pacco a 48 V deve essere elevato a diverse centinaia di volt prima che il ponte dell'inverter possa utilizzarlo, il che aggiunge uno step di conversione e, nella maggior parte delle schede tecniche, da uno a tre punti percentuali di perdita di efficienza round-trip. Il divario è reale ma modesto, ed è più significativo laddove la batteria viene sottoposta a cicli profondi ogni giorno.
Consiglio pratico
Non pianificare mai la classe di accumulo basandosi esclusivamente sulla scheda tecnica della batteria. Consultare la scheda tecnica dell'inverter, individuare l' intervallo di tensione di ingresso DC della batteria e la corrente massima di carica e scarica, ed effettuare l'acquisto rispettando entrambi i parametri. Uno stack il cui intervallo operativo è solo parzialmente contenuto nel range dell'inverter funzionerà a un livello medio di carica, per poi andare in errore quando è quasi pieno o quasi vuoto. Controllare contemporaneamente la lista di compatibilità dei marchi.
Quali inverter accettano quale classe
L'inverter è l'elemento decisivo. pochissime unità accettano entrambe le classi, e nessuna ne accetta entrambe contemporaneamente.
- I moderni inverter ibridi residenziali sono in gran parte ad alta tensione. L'ingresso batteria è specificato come un intervallo DC di centinaia di volt e richiedono una torre impilabile con collegamento CAN al BMS.
- Gli inverter off-grid e gli inverter/caricatori sono in netta maggioranza a 48 V. Il bus DC è la spina dorsale del sistema e gli altri dispositivi si collegano direttamente ad esso.
- Gli inverter per batterie in un impianto off-grid accoppiato in DC condividono il bus a 48 V con regolatori di carica solare MPPT, carichi DC e un caricabatterie da generatore, cosa impossibile con uno stack ad alta tensione.
- I retrofit accoppiati in AC evitano il problema: l'unità di accumulo ha il proprio inverter, quindi l'inverter di stringa esistente non percepisce mai la tensione della batteria.
Casi d'uso tipici
- Bassa tensione, circa 48 V: baite off-grid, sistemi hybrid basati su attrezzature Victron Energy, barche e veicoli, piccole capacità a partire da pochi kWh e qualsiasi progetto in cui diversi dispositivi DC debbano condividere un unico bus.
- Alta tensione, circa 100-600 V: case unifamiliari connessi alla rete con un inverter ibrido moderno, capacità da circa 5 kWh a 30 kWh, alimentazione di emergenza tramite commutatore e sistemi commerciali dove il cablaggio DC è lungo.
- Entrambe: sistemi di accumulo per balcone o plug-in molto piccoli, che solitamente vengono spediti come unità sigillate con elettronica integrata e senza bus DC visibile all'utente.
Sicurezza e qualifica dell'installatore
Un pacco con tensione nominale di 48 V rientra nei limiti SELV, quindi il contatto con i terminali non è di per sé pericoloso. Il rischio in questo caso è l'enorme corrente di cortocircuito: una chiave inglese caduta sulle barre collettrici vaporizzerebbe il metallo, motivo per cui sono fondamentali i fusibili corretti, gli utensili isolati e le coperture dei terminali. Uno stack ad alta tensione inverte il profilo di rischio. Diverse centinaia di volt in DC sono letali al contatto e non estinguono l'arco elettrico come avviene in AC; pertanto, l'intervento richiede un elettricista competente in installazioni DC, una procedura di isolamento documentata, sezionatori correttamente certificati per DC e, nella maggior parte dei progetti, un contattore integrato nello stack che mantiene i terminali della stringa senza tensione fino alla messa in servizio. Entrambe le classi richiedono la messa a terra, la protezione contro le sovratensioni e una chiara etichettatura del circuito DC.
Espandibilità
I banchi a bassa tensione si espandono in parallelo: i pacchi aggiuntivi vengono installati accanto a quelli esistenti, tutti a 48 V, il che risulta flessibile e tollerante verso l'uso di moduli di diverse età, entro i limiti stabiliti dal produttore. Gli stack ad alta tensione si espandono in serie all'interno di un'unica torre, quindi ogni modulo deve appartenere alla stessa famiglia e il totale deve rimanere all'interno della finestra DC dell'inverter e del numero massimo di moduli. Ciò rende un sistema ad alta tensione facile da estendere una volta, entro il margine pianificato, ma complicato da ampliare molto oltre tale limite. In entrambi i casi, pianificare la capacità finale già in fase di progettazione.
Bassa tensione a confronto con l'alta tensione
| Proprietà | Bassa tensione, circa 48 V | Alta tensione, 100-600 V |
|---|---|---|
| Corrente a 5 kW | Circa 105 A | Da circa 12 a 50 A a seconda dello stack |
| Cablaggio | Rame da 35 a 70 mm², tratti brevi, capicorda crimpati | Cavo solare da 6 mm², MC4, tratti più lunghi accettabili |
| Efficienza round-trip | Leggermente inferiore, stadio di conversione boost aggiuntivo | Leggermente superiore, più vicina al link DC dell'inverter |
| Inverter tipici | Inverter off-grid, inverter/caricatori, configurazioni accoppiate in DC | Ibridi residenziali e commerciali moderni |
| Pericolo principale | Corrente di cortocircuito molto elevata, tensione di contatto SELV | Tensione DC letale, rischio d'arco, richiede isolamento certificato DC |
| Espandibilità | Pacchi in parallelo, flessibile a piccoli passi | Moduli in serie in un'unica torre, all'interno della finestra dell'inverter |
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Domande frequenti sulla tensione della batteria
Qual è la differenza tra una batteria a bassa tensione e una ad alta tensione?
I pacchi a bassa tensione operano a circa 48 V nominali, mentre gli stack ad alta tensione tra circa 100 V e 600 V. Le celle utilizzano solitamente la stessa chimica LiFePO4. La tensione determina la corrente per una data potenza e, di conseguenza, il cablaggio, le perdite e il regime di sicurezza.
Posso mischiare batterie a bassa e alta tensione in un unico sistema?
No. Un inverter ha un unico ingresso batteria progettato per una specifica finestra DC, e due diverse classi di tensione non possono condividere lo stesso bus DC. Combinarli richiederebbe due inverter separati, ognuno con il proprio accumulo, annullando di fatto lo scopo di un sistema residenziale.
Di quale tensione ha bisogno il mio inverter?
Verifica l'intervallo di tensione di ingresso DC della batteria nella scheda tecnica dell'inverter. I moderni inverter ibridi residenziali sono prevalentemente ad alta tensione. Gli inverter off-grid e gli inverter/caricatori sono quasi sempre a 48 V. Pochissimi dispositivi accettano entrambe le classi, e nessuno le accetta simultaneamente.
L'accumulo ad alta tensione è più efficiente?
Leggermente. Uno stack ad alta tensione opera a una tensione prossima al link DC interno dell'inverter, evitando così lo stadio di conversione boost richiesto da un pacco a 48 V. La differenza è tipicamente di uno o tre punti percentuali di efficienza round-trip, il che è più rilevante con cicli giornalieri profondi.
Perché le batterie a 48 V richiedono cavi così spessi?
Perché la corrente è il rapporto tra potenza e tensione. Una scarica di 5 kW a 48 V comporta più di 100 A, il che richiede rame da 35 a 70 mm², fusibili ad alta capacità e tratti brevi per mantenere sotto controllo la caduta di tensione e il riscaldamento. La stessa potenza a 400 V richiede solo 6 mm².
L'installazione di una batteria ad alta tensione è pericolosa?
Diverse centinaia di volt in CC sono potenzialmente letali e l'arco elettrico in CC non si autoestingue; pertanto, l'installazione deve essere affidata a un elettricista competente in impianti in CC, utilizzando sezionatori certificati per CC e una procedura di isolamento documentata. La maggior parte degli stack mantiene i terminali della stringa senza tensione fino alla messa in servizio tramite un contattore interno.
Le batterie a 48 V sono sicure perché la tensione è bassa?
La tensione di contatto rientra nei limiti SELV, ma la corrente di cortocircuito è enorme. Un utensile lasciato cadere tra i terminali può vaporizzare il metallo e innescare un incendio. Un fusibilaggio corretto, utensili isolati, copriterminali e capicorda crimpati a regola d'arte sono essenziali, non semplici precauzioni a cui si può rinunciare.
Quale classe di tensione è adatta a un sistema off-grid?
Bassa tensione, circa 48 V, nella maggior parte dei casi. I progetti off-grid prevedono l'installazione di regolatori di carica MPPT, un inverter/caricabatterie, carichi in CC e un caricabatterie da generatore su un unico bus DC condiviso, e tale architettura funziona solo a 48 V. Consultare gli inverter off-grid per le unità compatibili.
Posso espandere uno stack ad alta tensione in un secondo momento?
Sì, entro certi limiti: i moduli aggiuntivi vanno in serie all'interno della stessa torre, devono appartenere alla stessa famiglia e la tensione totale della stringa e il numero di moduli devono rimanere all'interno della finestra dell'inverter. È consigliabile pianificare il margine di espansione in fase di progettazione, piuttosto che presumere un'espansione illimitata.
La classe di tensione influisce sulla capacità utilizzabile o sulla durata?
Non direttamente. La capacità utilizzabile dipende dalla profondità di scarica consentita dal BMS, mentre la durata dipende dalla chimica delle celle, dalla temperatura e dalla profondità del ciclo. La classe di tensione influisce sui costi di installazione, sulle perdite di conversione e sui requisiti di sicurezza; pertanto, confrontare i pacchi in base alla capacità e alla garanzia all'interno della stessa classe.
I sistemi di batterie a bassa tensione e ad alta tensione non sono intercambiabili. L'inverter determina quale classe è possibile utilizzare.
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