Quando si aggiunge l’accumulo di batterie a un sistema solare, la prima decisione ingegneristica riguarda l’architettura di accoppiamento: i pannelli caricano la batteria sul lato CC (prima dell’inverter solare) o sul lato CA (dopo di esso)? La scelta influisce sull’efficienza del sistema, sul costo delle apparecchiature, sulla fattibilità del retrofit e sui servizi di rete che la batteria può fornire. Nessuna delle due architetture è universalmente superiore: la risposta giusta dipende dal fatto che si stia effettuando un ammodernamento o una nuova costruzione, da quanto è grande la batteria rispetto al pannello solare e da quale struttura tariffaria la batteria si sta ottimizzando.
Accoppiamento DC: come funziona
In un sistema accoppiato in corrente continua, il pannello solare si collega direttamente alla batteria tramite a inverter ibrido che gestisce sia l'MPPT fotovoltaico che la carica/scarica della batteria su un bus DC condiviso. L'inverter ibrido converte quindi la corrente continua in corrente alternata per il carico del sito e l'esportazione in rete in un'unica fase di conversione.
Flusso di energia quando il solare è disponibile: FV → bus CC → batteria (carica) e/o carico CA (tramite inverter). La batteria non ha mai bisogno di essere convertita in CA e viceversa: si carica e si scarica attraverso uno stadio di conversione.
Caratteristiche principali dell'accoppiamento CC:
- Un inverter gestisce sia il fotovoltaico che la batteria: minor numero di componenti installati
- Efficienza solare-batteria: tipicamente 95–97% (una perdita di conversione)
- La batteria può essere caricata tramite energia solare anche quando la rete è offline (importante per la capacità di backup)
- L'array fotovoltaico e la batteria sono entrambi vincolati ai valori nominali dell'inverter ibrido
- Il dimensionamento della batteria oltre la capacità dell'inverter richiede comunque un inverter della batteria accoppiato in CA separato
Accoppiamento AC: come funziona
In un sistema accoppiato in CA, il pannello solare si collega a un pannello dedicato inverter solare (di stringa o centrale), che fornisce alimentazione CA al bus del sito. La batteria si collega allo stesso bus AC tramite un collegamento separato invertitore della batteria (chiamato anche PCS — Sistema di conversione di potenza). Entrambi gli inverter funzionano in modo indipendente.
Flusso di energia quando il solare è disponibile: FV → inverter solare (conversione CA) → bus del sito → inverter batteria (conversione CA-CC) → batteria. Quando l'energia solare carica la batteria si verificano due fasi di conversione.
Caratteristiche principali dell'accoppiamento CA:
- L'inverter solare e l'inverter con batteria sono dimensionati e selezionati in modo indipendente
- Efficienza solare-batteria: tipicamente 88-93% (due perdite di conversione)
- La batteria può essere caricata dalla rete indipendentemente dalla generazione solare
- La capacità della batteria può essere ampliata senza toccare il pannello solare o il suo inverter
- Ideale per adattare lo stoccaggio ad un impianto solare esistente
Confronto fianco a fianco
| Fattore | Accoppiamento CC | Accoppiamento CA |
|---|---|---|
| Efficienza solare-batteria | 95–97% | 88-93% |
| Efficienza rete-batteria | 92–95% | 92–95% (simile) |
| Adattamento al solare esistente | Difficile: sostituire l'inverter | Facile: aggiungi l'inverter per batteria |
| Ricarica solare off-grid | Sì, nativo | Richiede il bypass anti-isola |
| Flessibilità nel dimensionamento della batteria | Limitato dalla potenza nominale dell'inverter ibrido | Dimensionamento indipendente |
| Conteggio dei componenti | Più in basso | Più in alto |
| Delta tipico dei costi di installazione | Più basso per le nuove costruzioni | Inferiore per retrofit |
| Capacità dei servizi di rete | Completo (tramite inverter ibrido EMS) | Pieno (tramite inverter batteria EMS) |
| La migliore vestibilità | Sistemi di nuova costruzione e più piccoli | Retrofit, batteria grande/separata |
La differenza di efficienza: ha importanza finanziaria?
Il divario di efficienza di 4-8 punti percentuali tra l’accoppiamento CA e CC per la ricarica dall’energia solare alla batteria sembra significativo, ma il suo impatto finanziario dipende dalla quantità di energia solare che effettivamente fluisce attraverso la batteria rispetto alla quantità diretta al carico o all’esportazione in rete.
Consideriamo un tetto da 200 kWp con una batteria da 200 kWh. Se la batteria assorbe 150 MWh di energia solare all'anno:
- Accoppiamento DC con efficienza al 96%: 144 MWh raggiungono la batteria
- Accoppiamento AC con efficienza al 91%: alla batteria arrivano 136,5 MWh
- Differenza: 7,5 MWh/anno, per un valore di circa $ 1.500–$ 3.000/anno a seconda della tariffa evitata
Su una batteria da 80.000 dollari, questa differenza di efficienza rappresenta <4% del costo totale del progetto annuo: significativa ma non decisiva. I risparmi sui costi di retrofit derivanti dall'accoppiamento CA (senza la necessità di sostituire un inverter solare funzionante) in genere superano il divario di efficienza nel ciclo di vita per la maggior parte dei retrofit commerciali.
Quando scegliere l'accoppiamento DC
- Accumulo solare plus di nuova costruzione: nessun inverter esistente da preservare; progettare il sistema come un'unità integrata fin dall'inizio.
- Sistemi commerciali medio-piccoli dove la batteria è dimensionata per integrare quella solare (rapporto circa 1:1 tra kWh e produzione fotovoltaica giornaliera).
- Sistemi off-grid o con priorità di backup: L'accoppiamento CC mantiene la capacità di ricarica solare durante le interruzioni della rete senza alcuna complessità anti-isola.
- C&I residenziale e di piccole dimensioni dove un singolo inverter ibrido semplifica l'installazione, la messa in servizio e il monitoraggio. Il Gamma ibrida Sungrow è progettato appositamente per questa architettura.
Quando scegliere l'accoppiamento AC
- Adattamento dell'accumulo ad un impianto solare esistente: l'inverter solare è in garanzia o installato di recente: sostituirlo è uno spreco. L'aggiunta di un inverter con batteria accoppiata in CA sul bus CA esistente è la giusta decisione ingegneristica.
- Batteria grande rispetto al solare: quando la capacità della batteria supera notevolmente la capacità dell'inverter solare, l'accoppiamento CA consente di dimensionare correttamente ciascun componente in modo indipendente. Un sistema solare da 500 kW potrebbe richiedere una batteria da 1 MW per VPP o backup: l’accoppiamento CA evita la necessità di un inverter ibrido sovradimensionato.
- Fonti di generazione mista: se il sito ha solare più a generatore diesel, l'approccio del bus CA integra tutte le sorgenti senza vincoli di compatibilità del bus CC.
- Sistemi commerciali che richiedono la registrazione VPP: Gli inverter a batteria accoppiati in CA sono in genere pre-certificati per i mercati dei servizi di rete poiché l'inverter a batteria comunica direttamente con la rete senza passare attraverso un controller ibrido specifico per l'energia solare.
L'architettura ibrida: combinare entrambi
Per grandi progetti commerciali e di utilità, a architettura a doppio bus A volte viene utilizzata: una batteria accoppiata in CC per l'autoconsumo solare primario e il backup, con una batteria aggiuntiva accoppiata in CA per i servizi di rete e la gestione della domanda. Ciò massimizza l’efficienza della ricarica solare consentendo al contempo il dimensionamento indipendente della batteria per le entrate della rete. Aggiunge complessità ma è comune nei progetti superiori a 1 MW in cui ogni punto percentuale di efficienza ha un valore finanziario materiale.
Allineamento del prodotto Sungrow
Per l'accoppiamento CC, il Inverter ibridi della serie Sungrow SH integra MPPT, gestione della batteria e interfaccia di rete in un'unica unità, coprendo applicazioni residenziali fino a 250 kW commerciali. Per l'accoppiamento CA, il Gamma Sungrow BESS (serie MGL, MBL, ST) utilizza unità PCS integrate che si collegano a qualsiasi bus CA insieme a qualsiasi marca di inverter solare: un vantaggio chiave per i progetti di retrofit. Contattaci per discutere quale architettura si adatta al tuo progetto specifico.