Un sistema di accumulo di energia a batteria è molto più di un container pieno di celle agli ioni di litio. Tra i rack delle batterie e il collegamento alla rete si trova una catena di componenti di potenza, controllo e protezione, e ognuno di essi deve essere specificato, coordinato e certificato prima che un progetto superi la revisione progettuale.
Questa guida illustra i componenti di un sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) nell’ordine in cui sono effettivamente rilevanti ai fini della progettazione: la gerarchia di accumulo dell’energia, il livello di controllo, i sottosistemi di supporto e il livello che la maggior parte degli elenchi di componenti tende a trascurare, ovvero la protezione elettrica. Al termine, potrete inoltre comprendere come queste scelte progettuali si traducano in decisioni di approvvigionamento nell’ambito di progetti reali.
Dalla cella al contenitore: gli elementi costitutivi di un sistema di accumulo di energia a batteria
Ogni BESS è strutturato secondo una gerarchia rigida, e il vocabolario è importante perché ogni livello comporta una nuova responsabilità gestionale.
Cellule rappresentano l'unità più piccola. Per lo stoccaggio stazionario, la chimica del litio-ferro-fosfato (LFP) è ormai quella dominante. La sua tensione nominale di 3,2 V per cella, la soglia di instabilità termica più elevata e la lunga durata di ciclo (comunemente stimata tra 6.000 e 8.000+ cicli) si adattano al profilo di funzionamento di un sistema che deve funzionare per 15-20 anni (NextG Power, 2025). Le celle vengono collegate in serie e in parallelo per formare moduli, che definiscono i parametri fondamentali relativi alla tensione e alla capacità di un sistema.
I moduli vengono impilati in rastrelliere, il livello in cui le tensioni del bus CC raggiungono centinaia di volt, fino a 1.500 V CC nei progetti moderni. I rack vengono infine installati in contenitori o armadietti: container standard ISO per progetti su larga scala, armadi appositamente progettati per siti commerciali e industriali. L’involucro è il punto in cui si integrano il controllo ambientale, la sicurezza antincendio e la separazione elettrica.
Due cifre definiscono l'intero quadro a valle. Innanzitutto, i sistemi BESS su scala di rete sono generalmente progettati per erogare la piena potenza nominale per 1-4 ore (Wikipedia). In secondo luogo, la “durata” di una batteria BESS comprende in realtà due aspetti: la durata dei cicli (il numero di ricariche complete che è in grado di effettuare) e la durata calendariale (il degrado che subisce con il passare del tempo, indipendentemente dall’uso). Entrambe dipendono fortemente dalla temperatura, ed è per questo che le prossime due sezioni sono fondamentali.
Una nota sull’ambito di applicazione: questa sezione tratta il percorso energetico. Il livello di controllo, i sottosistemi termici e antincendio e la protezione elettrica sono trattati separatamente più avanti.
I tre “cervelli” di un sistema BESS: BMS, PCS ed EMS
Un sistema BESS funziona grazie a tre sistemi di controllo distinti, e gran parte della confusione riguardo ai componenti deriva proprio dalla confusione tra le loro funzioni. La struttura più chiara è la seguente: Il BMS mantiene la batteria in funzione, il PCS gestisce l'immissione e l'erogazione di energia, mentre l'EMS decide quando ciò debba avvenire.
Sistema di gestione della batteria (BMS)
Il BMS rappresenta la prima linea di difesa ed è ben più di un semplice indicatore di carica. Monitora costantemente ogni gruppo di celle per rilevare eventuali sovracariche, scariche eccessive, sovratemperature e sovracorrenti. Inoltre, stima lo stato di carica (SOC) e lo stato di salute (SOH) e mantiene le celle bilanciate. I sistemi di grandi dimensioni utilizzano un’architettura a tre livelli (a livello di cella, modulo e rack) con una precisione di campionamento nell’ordine di ±10 mV e tempi di risposta delle protezioni misurabili in millisecondi. Se il BMS rileva un guasto, ordina al rack interessato di scollegarsi e attiva il sistema antincendio; il PCS riceve il segnale di spegnimento attraverso la stessa catena.
Immaginatelo come un monitor di terapia intensiva: tiene sotto controllo tutti i parametri vitali 24 ore su 24 e interviene automaticamente prima che una condizione diventi critica.
Sistema di conversione di potenza (PCS)
Il PCS è il convertitore bidirezionale tra il bus di batteria in corrente continua e la rete in corrente alternata. A differenza di un inverter fotovoltaico, effettua la conversione in entrambe le direzioni: in carica funge da raddrizzatore, in scarica da inverter. Deve inoltre supportare il funzionamento sia in rete che fuori rete. La scelta dipende da alcuni parametri fondamentali: la tensione nominale in corrente continua deve corrispondere a quella del banco batterie (modelli da 1.000 V o 1.500 V), l’interfaccia di comunicazione deve essere compatibile con il BMS e l’EMS (tipicamente Modbus TCP o CAN) e l’unità deve essere in modalità “grid-following” o “grid-forming” a seconda che il sito debba essere in grado di funzionare in modalità isolata.
Se il BMS è il responsabile della sicurezza, il PCS è l’acceleratore e il pedale del freno, e riceve il valore di riferimento dall’EMS.
Sistema di gestione dell'energia (EMS)
L’EMS è il dispacciatore a livello di impianto. Decide la strategia di carica e scarica in base alle esigenze di ricavi o risparmi: livellamento dei picchi, arbitraggio in base alla fascia oraria, risposta in frequenza. Invia comandi di potenza al PCS, mentre il livello SCADA si occupa della supervisione e della raccolta dati. Mentre il BMS reagisce in millisecondi, l’EMS pianifica in minuti e ore. Questa divisione delle scale temporali è il modo più semplice per spiegare perché entrambi esistono e perché nessuno dei due sostituisce l’altro.
Mantenere le celle nella loro zona di comfort: gestione termica e sistemi antincendio
La durata e la sicurezza delle batterie sono entrambe, in fondo, questioni legate alla temperatura: le celle funzionano al meglio in un intervallo compreso tra circa 15 e 35 °C, e il rischio più grave è quello di un'escalata termica.
| Soluzione | Come funziona | Vestibilità tipica |
|---|---|---|
| Raffreddamento ad aria (HVAC) | Circolazione forzata dell'aria attraverso i rack | Sistemi C&I di dimensioni pari a quelle di un armadio o inferiori |
| Raffreddamento a liquido | Piastre di raffreddamento e circuiti contro i moduli | Contenitori ad alta densità per impianti su larga scala |
| Soppressione degli aerosol | Un aerosol condensato invade il locale | Armadio BESS |
| Sistema di estinzione con agenti puliti (Novec/FK) | L'agente inerte impedisce la combustione | Contenitore BESS |
| Sistemi di estinzione a base acquosa | Raffreddamento e isolamento secondo le linee guida NFPA 855 | Grandi installazioni all’aperto |
Il sistema antincendio rappresenta l'ultima linea di difesa. Ma la prevenzione interviene già in una fase precedente della catena: nel sistema di gestione dell'edificio (BMS), che individua una cella difettosa prima che il problema si aggravi, e nei dispositivi di protezione che interrompono un guasto prima che si trasformi in un incendio. Questo passaggio di consegne è l'argomento della sezione successiva.
Il livello di protezione: fusibili, interruttori automatici e protezione contro le sovratensioni nella progettazione dei sistemi BESS
Ecco il punto che la maggior parte delle guide generiche sui componenti tralascia. La protezione in un sistema BESS non è un semplice elenco di componenti. Si tratta di un problema di coordinamento, poiché il lato CC si comporta in modo diverso rispetto a qualsiasi altro elemento della distribuzione CA convenzionale.
Due fattori sono determinanti. Innanzitutto, il circuito in corrente continua della batteria può generare correnti di cortocircuito estremamente elevate: 100 kA e oltre nei progetti di grandi dimensioni, con i fusibili BESS ora disponibili con capacità di interruzione in corrente continua fino a 250 kA a 1.500 V CC, 2022. In secondo luogo, gli archi in corrente continua non presentano un passaggio per lo zero naturale, pertanto un dispositivo di protezione deve estinguere l’arco autonomamente. Inoltre, una fonte a batteria si comporta in modo diverso a fine vita rispetto a una fonte fotovoltaica; questo è il motivo per cui i componenti classificati per il fotovoltaico non sono automaticamente classificati per i sistemi BESS.
Protezione da sovracorrente sul lato CC
Il lato CC utilizza due famiglie di dispositivi con ruoli complementari. Fusibili garantiscono la capacità di interruzione finale in un unico ciclo. Sono dimensionati con una tensione nominale pari o superiore alla tensione di rete e una capacità di interruzione superiore alla corrente di cortocircuito prevista nel punto di installazione. Interruttori automatici CC gestire la parte operativa, ripristinabile. Un progetto completo prevede tre livelli di protezione: il rack, il bus CC e l’ingresso CC del PCS, con curve tempo-corrente coordinate in modo tale che il dispositivo più vicino elimini per primo il guasto (selettività).
La divisione è come una squadra di vigili del fuoco: la miccia si sacrifica per spegnere l’incendio una volta per tutte; il “breaker” è la squadra che può ritirarsi e tornare in azione.
Protezione sul lato CA e quadri elettrici
Il lato CA è un ambito più familiare, ma un sistema di accumulo a batteria (BESS) modifica due presupposti. La potenza fluisce in entrambe le direzioni, quindi la protezione deve essere dimensionata sia per la corrente di carica che per quella di scarica. Inoltre, poiché un inverter di formazione di rete può continuare ad alimentare una linea di distribuzione fuori servizio, protezione anti-islanding (disconnessione rapida e automatica secondo le norme IEEE 1547) è un requisito imprescindibile, non un'opzione (Soluzioni UL). Gli interruttori CA standard, il trasformatore elevatore e la protezione contro i guasti a terra completano la catena.
Protezione contro le sovratensioni: il ruolo dei dispositivi SPD in un sistema BESS
La protezione contro le sovratensioni merita una fase di progettazione a sé stante, poiché un sistema BESS concentra componenti elettronici sensibili e con bassa tensione di tenuta lungo cavi CC e CA molto estesi, proprio la configurazione geometrica che favorisce i transitori indotti dai fulmini. La norma IEC 62305 suddivide il rischio in quattro scenari: un fulmine che colpisce direttamente la struttura, un fulmine nelle vicinanze, un fulmine che colpisce le linee di alimentazione e sovratensioni indotte su tali linee.
Sul Lato CA, la normativa è ormai consolidata: laddove sia installato un sistema di protezione contro i fulmini (LPS), sono richiesti dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) di tipo 1 all’ingresso di servizio; qualora le linee di alimentazione siano aeree, il tipo 1 è obbligatorio in ogni caso. Sul Lato CC, la normazione specifica è più recente: la norma IEC 61643-41, che riguarda i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) sulle linee di alimentazione in corrente continua a bassa tensione, è ancora in fase di bozza. Ciò rende la disciplina ingegneristica dei fornitori ancora più importante, non meno.
I criteri di selezione operativi per un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) sul lato CC di un sistema BESS si riducono a quattro verifiche:
L’ultimo criterio è quello in cui il BESS si discosta dal fotovoltaico. La batteria può generare correnti di guasto dell’ordine di 100 kA, pertanto un SPD in grado di resistere a un cortocircuito su una stringa fotovoltaica potrebbe comunque non funzionare correttamente su un bus della batteria. La stessa logica si applica al livello di protezione dalla tensione: il valore Up dell’SPD deve essere inferiore alla tensione di tenuta agli impulsi Uw dell’apparecchiatura, che per l’elettronica delle batterie è spesso inferiore a quanto ipotizzato dai progettisti.
Progettazione di un sistema di accumulo energetico a batteria (BESS): dal profilo di carico all’architettura
La conoscenza dei componenti si trasforma in un progetto quando si riesce a passare da una pagina bianca a una singola riga verificabile. La sequenza di lavoro è la seguente: prima le dimensioni, poi l'architettura. E la scelta delle dimensioni parte dal modello di business, non dalla marca della batteria.
Dimensionamento del sistema: potenza, energia e durata
Quattro passaggi per ottenere cifre corrette nei titoli:
- Definire l'applicazione. La risposta in frequenza è una questione che privilegia la potenza; l’arbitraggio e il livellamento dei picchi privilegiano invece l’energia. Il modello di business determina il ciclo di funzionamento prima ancora della scelta di qualsiasi componente.
- Impostare la potenza (MW). Dimensionato in base al carico di picco da servire o alla risposta richiesta dal contratto di rete.
- Impostare l'energia (MWh). L'energia è pari alla potenza moltiplicata per la durata, E = P × t, e i sistemi su scala di rete rientrano in genere nell'intervallo compreso tra 1 e 4 ore.
- Applicare i margini. I limiti di profondità di scarica (spesso 80-90%) e il calo di capacità annuale devono essere previsti in anticipo, altrimenti il sistema non raggiungerà le prestazioni previste entro il quinto anno.
Scelta dell'architettura: accoppiamento in corrente alternata, accoppiamento in corrente continua e disposizione dei contenitori
La scelta dell’architettura dipende dai dati di dimensionamento. I sistemi accoppiati in CA utilizzano un inverter dedicato per le batterie e possono essere facilmente integrati in un impianto fotovoltaico esistente. I sistemi accoppiati in CC condividono il bus di CC con l’impianto solare e consentono di risparmiare una fase di conversione. Anche la disposizione segue la stessa logica: i locali delle batterie sono fisicamente separati dai locali elettrici, i corridoi di manutenzione e il percorso dei cavi vengono pianificati prima dell’installazione dei rack, mentre lo schema di messa a terra e di collegamento equipotenziale è definito dalla normativa di installazione applicabile.
| Dimensione | Accoppiato in corrente alternata | Accoppiato in corrente continua |
|---|---|---|
| Fasi di conversione | Due (PV CC-CA, batteria CC-CA) | Un bus CC comune |
| Facilità di retrofit | Elevato — indipendente dall'inverter esistente | Basso — richiede l'integrazione sul lato CC |
| Efficienza | Leggermente inferiore a carico parziale | Leggermente superiore al carico nominale |
| Vestibilità standard | Adeguamenti e siti con più asset | Impianto solare con accumulo di nuova realizzazione |
Standard e conformità: le certificazioni indispensabili per un progetto BESS
Gli standard rappresentano il biglietto d'ingresso per qualsiasi progetto su scala di rete o nel settore commerciale e industriale, e il quadro varia a seconda del mercato:
| Standard | Cosa disciplina | Mercato primario |
|---|---|---|
| UL 9540 | Sicurezza complessiva dei sistemi di accumulo di energia | Nord America |
| UL 9540A | Prove di propagazione dell'incendio in condizioni di surriscaldamento termico | Nord America |
| NFPA 855 | Requisiti di installazione e di sicurezza antincendio | Nord America |
| IEC 62619 | Sicurezza delle celle e dei pacchi batteria industriali | Europa e resto del mondo |
| IEC 62477 | Sicurezza PCS | Internazionale |
| IEEE 1547 | Allacciamento alla rete elettrica | Nord America |
Due aspetti pratici. Innanzitutto, la norma NFPA 855 richiede che gli impianti agli ioni di litio con capacità superiore a 20 kWh siano certificati secondo la norma UL 9540; pertanto, la catena di certificazione ha inizio a livello di apparecchiatura, non a livello di progetto (Mitsubishi Electric, 2026). In secondo luogo, le certificazioni UL e IEC non sono intercambiabili: un progetto destinato a entrambi i mercati richiede entrambe le certificazioni. Al momento dell’acquisto, richiedete la catena completa dei certificati, non un foglio riassuntivo. È questa la differenza tra un fornitore che ha già completato l’iter e uno che sta per farlo.
Cosa comportano le scelte progettuali di BESS per la tua azienda
Ogni scelta tecnica illustrata nelle sezioni precedenti ha una seconda interpretazione, di natura commerciale: gli stessi fatti, visti dal punto di vista degli appalti.
Il flusso di lavoro di progettazione qui descritto si applica a una realtà aziendale specifica: i progetti su larga scala e quelli commerciali vengono progettati e appaltati come progetti (ordini all'ingrosso soggetti a approvazione del progetto e a requisiti di certificazione specifici per il mercato), mentre i prodotti di dimensioni ridotte vengono commercializzati come articoli semi-standard. Gli acquirenti sono ingegneri progettisti, società EPC e integratori di sistemi. Il costo di un errore nella scelta della protezione ricade sull'integratore, non sul fornitore del componente.
Tale ripartizione del rischio spiega tre comportamenti in materia di approvvigionamento che si possono osservare in qualsiasi progetto di una certa rilevanza. I componenti di protezione e le certificazioni fungono da punti di riferimento affidabili. Una volta verificati i quattro criteri SPD e controllata la catena di certificati, come illustrato nelle sezioni precedenti, un fornitore di componenti sprovvisto di documentazione completa non viene semplicemente inserito nella rosa dei candidati, indipendentemente dal prezzo unitario. I tempi di consegna e l'uniformità dei lotti contano più di uno sconto dell'ultimo percento sul prezzo. Una linea di assemblaggio di container si ferma quando manca un dispositivo di protezione a livello di scaffale. E Le condizioni di garanzia costituiscono il meccanismo attraverso il quale gli integratori trasferiscono il rischio a valle, motivo per cui la garanzia di 2 anni, comune nel settore, e gli impegni di durata maggiore offerti dai produttori affermati hanno prezzi diversi nelle offerte, anche per componenti dall’aspetto identico.
Per quanto riguarda nello specifico lo strato di protezione, sono le credenziali dei fornitori a svolgere il lavoro principale. LSP, un produttore di dispositivi di protezione contro le sovratensioni al servizio degli integratori di sistemi di accumulo di energia, pubblica il proprio copertura completa del certificato: Certificazioni TUV, CB e CE per i suoi dispositivi di protezione contro le sovratensioni in corrente alternata e continua, testati secondo la norma IEC/EN 61643-31. Ciò consente ai team di progettazione di inserire componenti di protezione certificati nella distinta base senza dover ripetere autonomamente le prove di qualificazione.
Bibliografia
- [UL Solutions]. “Guida alla conformità normativa in materia di sistemi di accumulo di energia a batteria.” https://www.ul.com/resources/your-guide-battery-energy-storage-regulatory-compliance
- [Mitsubishi Electric]. “Approfondimento sulla certificazione UL 9540.” [2026]. https://mitsubishicritical.com/resources/blog/understanding-the-ul-9540-listing/
- [Wikipedia]. “Sistema di accumulo di energia a batteria.” https://en.wikipedia.org/wiki/Battery_energy_storage_system
- [NextG Power]. “Il ciclo di vita delle batterie LFP: approfondimento sugli 8.000 cicli e sullo stato di salute (SOH) 70%.” [2025]. https://nextgpower.com/the-lfp-battery-life-cycle-understanding-8000-cycles-and-70-soh/
- [LSP]. “Sistemi di accumulo di energia — Protezione robusta contro le sovratensioni.” https://lsp.global/energy-storage-systems/
- [LSP]. “Certificati.” https://lsp.global/certificates/
- [LSP]. “LSP — Dispositivi di protezione contro le sovratensioni.” https://lsp.global/
