Batterie al Piombo o al Litio? Orientiamoci

Quando decidiamo di adottare un impianto fotovoltaico con accumulo, la scelta del tipo di batteria è fondamentale per una resa ottimale dell’impianto e di conseguenza un soddisfacente rientro economico dell’investimento.
Oggi sono presenti sul mercato principalmente 2 tecnologie adatte agli impianti fotovoltaici:

  • Batterie al piombo di tipo AGM e GEL
  • Batterie al Litio: Ioni di Litio, LiFePo4 (litio-Ferro-Fosfato)

Andiamo ad esaminare le performance delle tipologie sopra indicate, che per semplicità chiameremo “Piombo” e “Litio“.

1) Batterie al Piombo o al Litio? La Profondità di scarica

Le batterie al Piombo sono scaricabili teoricamente fino all’80% ma, se si vengono scaricate in questa percentuale ogni giorno, la vita utile è molto breve: meno di un anno! Per avere una vita di alcuni anni, nell’uso quotidiano la percentuale di scarica consigliata è del 30%

Le batterie al Litio sono scaricabili fino al 100%: dal punto di vista operativo, nell’uso quotidiano mediamente la percentuale di scarica consigliata è dell’80%.

pile3

Considerando ad esempio una batteria da 100 Ah, la prima osservazione che emerge è che:

  • da una batteria al Piombo da 100Ah si consiglia di utilizzare ogni giorno 30Ah
  • da una batteria al Litio da 100Ah si possono utilizzare ogni giorno 80Ah

2) Batterie al Piombo o al Litio? Numero di cicli di scarica

Le batterie al Piombo hanno mediamente circa 250 cicli di scarica all’80%, che diventano 1200-2000 se si contiene la scarica al 30%.
Le batterie al Litio hanno mediamente una vita di circa 2000 cicli di scarica all’80%, che diventano 6000 se si contiene la scarica al 30%.

grafico2

Cicli di vita e profondità di scarica

Ne deduciamo che:

  • con una scarica quotidiana al 30%, avremo una durata delle Litio circa 3/4 volte maggiore rispetto alle batterie al Piombo;
  • con una scarica quotidiana all’80%, la durata delle Litio sarà quasi di 10 volte maggiore rispetto alle batterie al Piombo!

3) Batterie al Piombo o al Litio? Modalità di scarica

Qui subentra un’ulteriore differenza tra batterie al Piombo e batterie al Litio: le batterie al Piombo hanno una decrescita di tensione molto influenzata dal valore della corrente di scarica, mentre le batterie al Litio mantengono una tensione abbastanza costante per quasi tutto il ciclo di scarica.

Si vedano i grafici qui sotto:

grafico

  • nel grafico di sinistra (batterie al Piombo), si nota che quanto più alta è la corrente di scarica (espressa in percentuale della capacità “C”), tanto minore è la capacità della batteria stessa.
    Ad esempio: una batteria da “100Ah” eroga 100Ah se sottoposta ad una scarica in 20 ore (cioè con corrente di scarica pari a 5A, nel grafico 0,05C). Se varia la corrente di scarica e diventa ad esempio 50A (curva 0,5C) la sua capacità non è più di 100Ah ma scende a 50Ah
pile1

Modalità di scarica delle batterie al Piombo

  • nel grafico di destra (batteria al Litio), invece, si nota che se la batteria viene sottoposta ad una scarica di 50Ah (curva 0,5C) la tensione (V) rimane costante fino quasi al 100% di scarica, quindi eroga effettivamente 100Ah anche con questa corrente.
pile2

Modalità di scarica delle batterie al Litio

In ultima analisi da un ciclo di scarica di una batteria al Litio si ricava più energia che da una al Piombo, e questo vantaggio è tanto più evidente quanto più la corrente richiesta dal carico è variabile.

4) Batterie al Piombo o al Litio? Risposta ai picchi di energia

Se una batteria deve alimentare un carico che richiede un’elevata energia (ad esempio un phon o un trapano), la batteria reagisce scendendo istantaneamente di tensione, per poi risalire quando il carico pesante viene spento.

Il calo di tensione delle batterie al Piombo è marcato, e può in alcuni casi scendere al di sotto della soglia di spegnimento dell’inverter oppure della soglia di commutazione sulla rete (se è un impianto ad isola progettato per commutare sulla rete a batterie scariche), generando pertanto spegnimenti e commutazioni indesiderate.
Una batteria al Litio invece ha un minor calo di tensione a parità di picco di energia richiesta, e pertanto il funzionamento del sistema ad accumulo è più stabile ed efficiente.

5) Batterie al Piombo o al Litio? Il prezzo d’acquisto e il costo effettivo

Se consideriamo il prezzo di acquisto, osserviamo che una batteria al Litio, a parità di capacità, oggi costa ca. 4 volte di più di una batteria al Piombo.

Alla luce delle caratteristiche finora esaminate, vediamo però qual è il costo effettivo di ogni kWattora nell’arco di vita di una batteria.

Ipotizziamo una batteria da 100Ah e consideriamo i seguenti valori:

  • Capacità di scarica: 100Ah, uguale per entrambe le batterie
  • Corrente di scarica: ipotizziamo una corrente costante di 5A per entrambe le batterie, corrispondente a una codifica della batteria C20 (o 0,05C, nella codifica delle batterie al Litio)
  • Tensione nominale: 12V per le batterie al piombo, 12,8V per le batterie al Litio
  • Cicli di scarica durante la vita della batteria (ved. tabella qui sotto)
  • Profondità di scarica: 50% per entrambe le batterie
  • Coefficiente correttivo: questo valore tiene conto di quanto evidenziato al punto 3, e cioè che le batterie al piombo non mantengono costante l’energia erogata per tutta la durata del ciclo di scarica. Applicheremo orientativamente 0,75 per considerare la diminuzione di energia prodotta dalla batteria al piombo

Batteria 100Ah al Pb
(C20)

Batteria 100Ah LiFePo4
(C20)

Cicli di scarica nella vita della batteria

1250

5000

Energia prodotta durante il ciclo di vita (kWattora)
= (Capacità x tensione nominale x cicli di scarica x profondità di scarica x coefficiente correttivo)

562.5

(100Ah x 12V x 1250 x 0,5 x 0,75)
= 562.500 Wattora

3200

(100Ah x 12,8Vx 5000c x 0,5 x 1)
= 3.200.000 Wattora

Costo medio orientativo

€ 190

€ 800

Costo per kwattora
= costo batteria diviso il numero di kWattora prodotti nell’arco della vita della batteria

=190/562,50
0,33 €

=800/3200
0,25 €

Ci sono poi ultimi 2 fattori da considerare:
– le batterie al Litio sono più leggere e meno ingombranti: una 100Ah al Piombo pesa 30 kg, contro i 13 kg della batteria a Litio
– le spese di trasporto e di sostituzione delle batterie. Per ottenere 5000 cicli di vita da batterie al Piombo possiamo dover cambiare 3/4 batterie nel corso degli anni, spendendo quindi costi aggiuntivi di trasporto e di sostituzione.

Batterie al Piombo o al Litio? Conclusioni

Alla luce di quanto sopra, il nostro suggerimento è pertanto:

  • a favore delle batterie al Litio nei casi di consumi quotidiani parecchio variabili (tipicamente nell’uso domestico, ad esempio) con picchi di potenza
  • a favore delle batterie al Piombo nei casi in cui l’utilizzo sia saltuario con carichi di bassa potenza di scarica, in quanto il costo più contenuto può risultare un vantaggio determinante

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N.B.: L’obiettivo di questa breve presentazione è quello di informare e tracciare linee guida sulla scelta delle batterie più adatte alle proprie esigenze, mostrando aspetti funzionali talvolta poco noti. I valori che abbiamo indicato sono pertanto orientativi: valori precisi possono essere indicati solo a fronte di casi specifici, dove è possibile entrare in maggior dettaglio.

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