Quanto dura la fonte di alimentazione di riserva in caso di black-out

La domanda "quanto mi dura" sembra semplice, ma la risposta dipende da diversi fattori insieme – dalla capacità della batteria, da quanto energia effettivamente consuma la sua caldaia o il circolatore, dall'età della batteria, dalla temperatura nella stanza della caldaia e infine anche da se la fonte durante l'interruzione alimenta solo l'elettronica di controllo, oppure anche altri apparecchi in casa. In questo articolo passeremo in rassegna il procedimento reale di calcolo, mostreremo esempi concreti con modelli e numeri, vedremo cosa riduce di più la durata in pratica e consiglieremo anche alcuni modelli specifici di fonti di riserva e batterie, che sono disponibili su atria.sk.

L'obiettivo dell'articolo non è vendervi il pezzo più grande e più costoso che esiste. L'obiettivo è che Lei possa calcolare da sola se una fonte da 300 W con una batteria da 7 Ah le basta oppure se, con la sua composizione (caldaia a condensazione con circolatore, vaso di espansione e automazione di controllo), ha bisogno piuttosto di un modello più potente.

Perché la durata non si può scrivere come un solo numero sulla scatola

La maggior parte delle fonti di riserva sul mercato indica sull'etichetta solo un singolo valore orientativo, ad esempio "durata fino a 4 ore". Questo numero è quasi sempre calcolato con un carico specifico di prova che il produttore ha scelto – di solito intorno ai 30-60 W. Ma la caldaia non è solo un consumo costante. Durante il funzionamento normale, la scheda di controllo e il circolatore consumano relativamente poco, ma durante l'accensione della fiamma, durante l'avvio del circolatore dopo l'arresto o durante il funzionamento simultaneo del ventilatore e dei servocomandi della valvola a tre vie, il consumo aumenta improvvisamente di diverse volte. La durata reale non è quindi una costante, ma una curva – la fonte dura di più quando la caldaia mantiene tranquillamente la temperatura, e di meno quando è in un ciclo di riscaldamento attivo.

Un'altra cosa che non si trova sulla confezione è lo stato della batteria. Una batteria AGM nuova ha una capacità utilizzabile diversa da quella stessa batteria dopo due anni di funzionamento in una stanza della caldaia con temperatura superiore a 25 °C. A questo torneremo in un capitolo separato più avanti, perché è uno dei motivi più frequenti per cui Le persone lamentano che "la fonte di riserva nuova ha durato solo la metà di quanto promesso dal produttore" – in realtà non si trattava di una fonte nuova, ma di una batteria che aveva già finito la sua vita utile.

Come si calcola la durata – una formula semplice che Lei può verificare da sola

La relazione di base è abbastanza semplice:

Durata (in ore) = capacità utilizzabile della batteria (in wattora) ÷ consumo reale del carico (in watt)

La capacità della batteria si esprime comunemente in ampereora (Ah) a 12 V. Per ottenere wattora, moltiplica la capacità in Ah per la tensione. Una batteria con capacità nominale di 17 Ah a 12 V rappresenta quindi teoricamente 204 Wh. Questo numero è però solo un limite teorico – in pratica ne utilizzerai meno, perché:

• L'inverter (convertitore) all'interno della fonte di riserva ha un rendimento tipico del 80-90 %, il resto si trasforma in calore.
• La maggior parte degli impianti UPS, per motivi di sicurezza, non scarica completamente la batteria fino a zero, ma disconnette il carico quando la tensione scende sotto una soglia protettiva (tipicamente intorno ai 10,5 V per una batteria AGM a 12 V), per evitare che la batteria si rovini per scarico profondo.
• Una batteria con più di 2-3 anni ha una capacità reale spesso inferiore del 15-30 % rispetto a quella dichiarata in fabbrica, anche se sembra funzionare normalmente.

Da questo deriva una regola pratica: nel calcolo della durata programmata, tenga conto che utilizzerà effettivamente circa il 55-65 % della capacità nominale (teorica) della batteria. Questo numero lo utilizzeremo anche negli esempi modelli più avanti.

Dove si perde effettivamente la capacità della batteria

Il grafico mostra perché, nella situazione modellata in basso, da 204 Wh (batteria da 17 Ah a 12 V) si considera solo circa 130 Wh – la differenza "sparisce" per la perdita di efficienza dell'inverter e per la riserva di sicurezza, che disconnette il carico prima che la batteria si scarichi completamente a zero.

Schematizzazione: cosa succede durante un black-out

Importante è che la commutazione tra rete e batteria dura decine di millisecondi. L'elettronica di controllo della caldaia non registra affatto l'interruzione come un black-out – la caldaia non si spegne, non si riavvia e non deve ricaricarsi nuovamente nella sequenza di accensione. Proprio questo è il motivo principale per cui una fonte di riserva si rivela utile anche là dove i black-out durano solo pochi secondi (ad esempio durante il commutamento tra le fasi della rete di distribuzione) – senza fonte, la caldaia in ogni tale micro-black-out passerebbe per un riavvio completo, incluso lo svuotamento dell'aria e il controllo di sicurezza della fiamma.

Esempio modellizzato di calcolo – tre livelli di carico

Prendiamo come esempio una fonte di riserva con batteria con capacità nominale di 17 Ah a 12 V (teoricamente 204 Wh). Dopo aver sottratto l'efficienza dell'inverter e la riserva di sicurezza durante lo scarico, calcoliamo una capacità utilizzabile reale di circa 130 Wh. Questo è un modello, con cui mostreremo il principio – con questa capacità utilizzabile, si ottengono questi tre scenari:

• Solo elettronica di controllo e circolatore in regime tranquillo (~45 W): 130 Wh ÷ 45 W ≈ 2,9 ore
• Funzionamento normale con carichi medi del circolatore (~70 W): 130 Wh ÷ 70 W ≈ 1,9 ore
• Ciclo di riscaldamento attivo con accensione e servocomandi (~110 W): 130 Wh ÷ 110 W ≈ 1,2 ore

Il grafico in basso mostra visivamente questi tre valori, in modo che si possa subito vedere quanto fortemente il consumo influenzi la durata con la stessa batteria.

Dal graf si vede una cosa importante: raddoppiare il carico (da 45 W a 110 W) non riduce l'autonomia alla metà, ma a meno della metà – perché con un maggiore assorbimento di corrente cala anche l'effettivo rendimento del convertitore e una parte dell'energia si spreca in più come calore. Per questo motivo, nella pratica, conviene orientarsi non sull'autonomia massima teorica del catalogo, ma sull'autonomia a carico medio reale del Suo caldaia specifica.

Come determinare il consumo elettrico reale della caldaia

Il modo più affidabile è guardare nella scheda tecnica della caldaia, dove è solitamente indicato il consumo elettrico (di norma tra 60 e 150 W per una caldaia a condensazione domestica a gas con circolatore). Se non ha a disposizione la scheda tecnica, un'alternativa è una misurazione semplice – un wattmetro economico collegato tra la presa e la caldaia le mostrerà in pochi giorni il consumo medio e il picco. Questa è un'investimento una tantum dell'ordine di pochi euro, che le darà un'informazione molto più precisa per la scelta di una fonte di alimentazione di emergenza rispetto a qualsiasi stima.

Fonti di alimentazione di emergenza e batterie consigliate

Nella scelta del prodotto specifico dipende soprattutto da se ha bisogno solo della batteria di ricambio per il sistema UPS esistente, oppure di una fonte di alimentazione completa con convertitore incluso. Sotto ci sono tre prodotti che coprono situazioni diverse.

FIAMM ECOFORCE AGM VR 760 - Batteria AGM adatta come ricambio per un sistema di alimentazione di emergenza esistente, quando la batteria originale dopo alcuni anni perde capacità e l'autonomia si è sensibilmente ridotta rispetto ai primi mesi di funzionamento. La tecnologia AGM tollera meglio le scariche profonde rispetto alle batterie al piombo tradizionali. Prezzo da 178,56 EUR.

FIAMM ECOFORCE AGM VR 800 - Una classe di capacità superiore rispetto a VR 760, adatta se desidera estendere l'autonomia senza dover cambiare l'intero sistema di alimentazione di emergenza - solo la batteria con una capacità maggiore. La differenza di prezzo rispetto al prezzo di un intero nuovo sistema UPS è trascurabile, mentre il vantaggio sull'autonomia può essere dell'ordine di decine di minuti fino a un'ora in più a carico medio della caldaia. Prezzo da 195,88 EUR.

Avansa 1050 W - Il più potente di questa triade, adatto se prevede di alimentare in emergenza non solo la caldaia, ma anche un altro elettrodomestico in casa (ad esempio un router per l'accesso a Internet, o l'illuminazione della stanza caldaia), oppure se la caldaia ha un consumo di picco più elevato durante l'avvio simultaneo del circolatore e dei servomeccanismi. Un maggiore margine di potenza significa che la fonte non sarà messa a dura prova nemmeno durante l'avvio simultaneo di diversi componenti. Prezzo da 385,33 EUR.

AGM vs. LiFePO4 – differenza che influisce sull'autonomia dopo anni, non subito

Nell'acquisto di una fonte di alimentazione di emergenza si imbatterà in due tipi principali di batterie – le classiche AGM (batterie al piombo senza manutenzione) e le moderne al litio-ferro-fosfato (LiFePO4). La differenza nell'autonomia immediata a parità di capacità dichiarata non è drammatica, ma la differenza sostanziale è nel fatto che la batteria mantiene la propria capacità per anni di utilizzo.

Praticamente significa: una batteria AGM acquistata oggi dopo due o tre anni di utilizzo normale (inclusi cicli di scarica minori durante i blackout occasionali) potrebbe fornire solo il 70-80% della capacità originale. Una batteria LiFePO4 mantiene un livello simile di capacità per molto più tempo, nonostante il costo iniziale più elevato. Se prevede di utilizzare la fonte di alimentazione di emergenza a lungo termine e i blackout non sono affatto rari da Lei (ad esempio in aree con frequenti variazioni di rete o in periodo di temporali), il costo iniziale più alto della soluzione LiFePO4 potrebbe ripagarsi esattamente nel fatto che tra tre anni non dovrà sostituire la batteria prematuramente.

Che cosa in pratica riduce di più la durata reale

Oltre al carico stesso esistono diversi fattori che possono ridurre la durata in modo molto più marcato rispetto al valore dichiarato nel catalogo, di quanto si potrebbe aspettare.

Temperatura nella stanza caldaia

Le batterie piombo e AGM hanno una capacità operativa ottimale intorno ai 20 – 25 °C. Se la stanza caldaia in inverno è fredda (ad esempio un seminterrato non riscaldato con temperatura intorno ai 5 – 10 °C), la capacità utilizzabile della batteria diminuisce – a temperature vicine allo zero la capacità reale di una batteria AGM può essere inferiore del 20 – 30 % rispetto al valore misurato a temperatura ambiente. Paradossalmente quindi, proprio in inverno, quando un black-out fa più male (freddo, rischio di congelamento delle tubazioni), la batteria in una stanza caldaia fredda ha una durata peggiore che in estate.

Età e stato della batteria

La batteria si degrada anche quando non si scarica mai completamente – cicli di carica e scarica parziale (carica al 100 %, piccola scarica, ricarica) nel corso degli anni riducono gradualmente la capacità degli elettrodi. La maggior parte dei produttori indica una durata della batteria AGM negli alimentatori di riserva da 3 a 5 anni in condizioni normali di utilizzo. Dopo questo periodo è ragionevole aspettarsi una capacità ridotta di decine di percento, anche se l'alimentatore sembra funzionare normalmente e la batteria "mantiene la tensione" quando è disconnessa dal carico.

Sorgente sottodimensionata

Un errore comune è acquistare un alimentatore di riserva in base al consumo medio della caldaia senza tener conto delle punte. Se la caldaia ha un consumo medio di 60 W, ma durante l'avvio del circolatore e l'apertura del servocomando salta momentaneamente a 250 W, un alimentatore economico e sottodimensionato può sovraccaricarsi in corrispondenza di questa punta e disconnettersi completamente – quindi la caldaia rimane senza alimentazione già al primo avvio, prima ancora che si possa notare la scarsa autonomia della batteria.

Mancanza di manutenzione e test regolari

Un alimentatore di riserva che non si è mai testato realmente staccandolo dalla rete per anni può avere una batteria parzialmente o completamente scarica senza che Lei ne sia a conoscenza – finché non si verifica un black-out reale. Si consiglia di testare l'alimentatore almeno una volta ogni sei mesi (ad esempio spegnendo il differenziale per un breve periodo) e verificare che il passaggio avvenga senza problemi e che l'indicatore dello stato della batteria mostri il valore atteso.

Come prolungare la durata reale senza acquistare una sorgente più grande

• Limitare il carico simultaneo. Se l'alimentatore di riserva alimenta insieme alla caldaia anche altri dispositivi (router, illuminazione), valuti se durante un black-out abbia davvero bisogno di tutti connessi in contemporanea, oppure se alcuni dispositivi si possano disconnettere durante il black-out e lasciare tutta la capacità della batteria per la caldaia.
• Collocare la sorgente in uno spazio temperato. Se possibile, la stanza caldaia non dovrebbe scendere in inverno al di sotto dei 15 °C – questo aiuta non solo la batteria dell'alimentatore di riserva, ma anche la caldaia stessa e le tubazioni.
• Sostituire la batteria in modo preventivo, non in seguito a un guasto. Se la batteria ha già 3 – 4 anni, la sua sostituzione con una nuova (ad esempio di una classe di capacità superiore, come la differenza tra VR 760 e VR 800) è consigliabile finché quella vecchia funziona ancora, non appena un black-out la coglie con una batteria quasi scarica.
• Ridurre i consumi inutili in modalità stand-by. Alcuni vecchi unità di controllo hanno un consumo inattivo eccessivo a causa di schermi o retroilluminazioni sempre accesi – se possibile, l'abbassamento o lo spegnimento di queste funzioni durante un black-out può prolungare la durata di decine di minuti.

Alimentatore di riserva o gruppo elettrogeno?

L'alimentatore di riserva con batteria è progettato per coprire black-out brevi e di media durata (dell'ordine di minuti e ore) senza alcun intervento da parte dell'utente – il passaggio è automatico e la caldaia ne è praticamente all'oscuro. Il gruppo elettrogeno invece è in grado di fornire energia illimitatamente (finché ha carburante), ma richiede l'avvio manuale, l'assistenza e in genere anche una breve interruzione dell'alimentazione durante la commutazione, che la caldaia potrebbe registrare come un black-out reale. In pratica queste due soluzioni si completano bene – l'alimentatore di riserva copre automaticamente i primi minuti e ore, il gruppo elettrogeno prende il posto in caso di black-out prolungati, quando c'è tempo per un intervento manuale.

Domande frequenti

L'alimentatore di riserva resiste anche a black-out multi-giornalieri?

Un alimentatore di riserva standard con una sola batteria non è progettato per coprire black-out multi-giornalieri – il Suo compito è coprire black-out brevi e di media durata (minuti e ore). In caso di black-out ripetuti o prolungati è necessario combinare la soluzione con un gruppo elettrogeno o prevedere più batterie collegate in parallelo.

Può collegare una seconda batteria all'alimentatore di riserva per prolungare la durata?

La maggior parte degli alimentatori UPS per caldaie consente il collegamento in parallelo di una seconda batteria identica, raddoppiando così la capacità utilizzabile e quindi anche la durata. È importante utilizzare batterie dello stesso tipo, capacità e, se possibile, anche di età simile – l'accoppiamento di una batteria vecchia con una nuova riduce la durata di entrambe.

Come riconosce che la batteria dell'alimentatore sta finendo?

Il segnale più affidabile è una durata sensibilmente ridotta rispetto a quanto l'alimentatore offriva nel primo anno di utilizzo – se un black-out di prova, che prima l'alimentatore copriva senza problemi, ora causa un rapido spegnimento, è un chiaro segnale per sostituire la batteria. Alcuni alimentatori hanno anche una propria diagnostica e segnalano lo stato della batteria con un indicatore luminoso o con un segnale acustico.

Vale la pena acquistare un alimentatore di riserva con una potenza maggiore di quella necessaria?

Sì, una riserva adeguata (ad esempio del 30 – 50 % in più rispetto al consumo medio della caldaia) è un investimento sensato, perché copre le punte di consumo durante l'avvio del circolatore e dei servocomandi e l'alimentatore non lavora costantemente al limite delle proprie capacità, il che prolunga anche la Sua stessa durata.

Influisce il tipo di caldaia (a gas, elettrica) sulla durata dell'alimentatore di riserva?

Sì, in modo significativo. Una caldaia a gas ha bisogno di elettricità solo per l'elettronica di controllo, il ventilatore, l'accensione e il circolatore (dell'ordine di decine o centinaia di watt), mentre una caldaia elettrica o un riscaldatore elettrico istantaneo ha un elemento riscaldante autonomo con un consumo di unità o decine di chilowatt – un alimentatore di riserva standard progettato per una caldaia a gas non è affatto dimensionato per alimentare un corpo riscaldante elettrico.

Deve spegnere l'alimentatore di riserva quando non ci sono black-out?

No, l'alimentatore è progettato per rimanere in funzione ininterrottamente in modalità di attesa, mantenendo la batteria costantemente carica. Un disconnessione prolungata dalla rete invece è dannosa, perché una batteria non caricata si scarica gradualmente da sola e in caso di black-out reale potrebbe non disporre di capacità sufficiente.

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