Guida al backup della batteria residenziale 2022 |Tipologie, Costi, Benefici..

Anche nel 2022, lo stoccaggio fotovoltaico sarà ancora l’argomento più caldo e il backup delle batterie residenziali è il segmento dell’energia solare in più rapida crescita, creando nuovi mercati e opportunità di espansione del retrofit solare per case e aziende grandi e piccole in tutto il mondo.Backup della batteria residenzialeè fondamentale per qualsiasi casa solare, soprattutto in caso di tempesta o altra emergenza.Invece di esportare l’energia solare in eccesso nella rete, che ne dici di immagazzinarla nelle batterie per le emergenze?Ma come può essere redditizia l’energia solare immagazzinata?Ti informeremo sui costi e sulla redditività di un sistema di accumulo di batterie domestiche e illustreremo i punti chiave da tenere a mente quando acquisti il ​​giusto sistema di accumulo. Cos'è il sistema di accumulo di batterie residenziali? Come funziona? Un sistema di accumulo residenziale a batteria o di accumulo fotovoltaico è un'utile aggiunta al sistema fotovoltaico per sfruttare i vantaggi di un sistema solare e svolgerà un ruolo sempre più importante nell'accelerare la sostituzione dei combustibili fossili con l'energia rinnovabile.La batteria domestica solare immagazzina l'elettricità generata dall'energia solare e la rilascia all'operatore al momento richiesto.L'alimentazione di riserva della batteria è un'alternativa ecologica ed economica ai generatori di gas. Chi utilizza un impianto fotovoltaico per produrre autonomamente energia elettrica raggiungerà presto i suoi limiti.A mezzogiorno l'impianto fornisce molta energia solare, solo allora in casa non c'è nessuno che possa utilizzarla.La sera invece serve molta elettricità, ma poi il sole non splende più.Per compensare questa lacuna nell’offerta, l’elettricità notevolmente più costosa viene acquistata dal gestore della rete. In questa situazione, un backup della batteria residenziale è quasi inevitabile.Ciò significa che l'elettricità non utilizzata durante il giorno è disponibile la sera e la notte.L’elettricità autoprodotta è quindi disponibile 24 ore su 24 e indipendentemente dalle condizioni atmosferiche.In questo modo l'utilizzo dell'energia solare autoprodotta viene incrementato fino all'80%.Il grado di autosufficienza, cioè la quota del consumo di energia elettrica coperta dall'impianto solare, aumenta fino al 60%. Una batteria di backup residenziale è molto più piccola di un frigorifero e può essere montata su una parete nel ripostiglio.I moderni sistemi di accumulo contengono una grande quantità di intelligenza in grado di utilizzare previsioni meteorologiche e algoritmi di autoapprendimento per portare la famiglia al massimo autoconsumo.Raggiungere l’indipendenza energetica non è mai stato così facile, anche se la casa rimane connessa alla rete. Vale la pena utilizzare un sistema di accumulo della batteria domestica?Quali sono i fattori da cui dipendono? Lo stoccaggio della batteria residenziale è necessario affinché una casa alimentata a energia solare possa rimanere operativa anche durante i blackout della rete e funzionerà sicuramente anche di sera.Ma allo stesso modo, le batterie solari migliorano l’economia del sistema, mantenendo in perdita l’energia solare che altrimenti verrebbe restituita alla rete, solo per ridistribuire quell’energia elettrica a volte quando l’energia è più costosa.Lo stoccaggio delle batterie domestiche protegge il proprietario dell’energia solare dai guasti della rete e protegge l’economia aziendale del sistema dai cambiamenti nei quadri dei prezzi dell’energia. Se valga la pena investire o meno dipende da diversi fattori: Livello dei costi di investimento. Minore è il costo per kilowattora di capacità, prima il sistema di accumulo si ripagherà. Durata delbatteria domestica solare Una garanzia del produttore di 10 anni è consueta nel settore.Si presuppone tuttavia una vita utile più lunga.La maggior parte delle batterie domestiche solari con tecnologia agli ioni di litio funzionano in modo affidabile per almeno 20 anni. Quota di energia elettrica autoconsumata Quanto più l’accumulo solare aumenta l’autoconsumo, tanto più è probabile che ne valga la pena. Costi dell'elettricità se acquistata dalla rete Quando i prezzi dell'elettricità sono alti, i proprietari di impianti fotovoltaici risparmiano consumando l'elettricità autoprodotta.Nei prossimi anni si prevede che i prezzi dell’elettricità continueranno a salire, per questo molti considerano le batterie solari un investimento saggio. Tariffe connesse alla rete Meno i proprietari del sistema solare ricevono per kilowattora, più pagano per immagazzinare l’elettricità invece di immetterla nella rete.Negli ultimi 20 anni, le tariffe di connessione alla rete sono costantemente diminuite e continueranno a farlo. Quali tipi di sistemi di accumulo di energia per batterie domestiche sono disponibili? I sistemi di backup con batteria domestica offrono numerosi vantaggi, tra cui resilienza, risparmio sui costi e produzione di elettricità decentralizzata (noti anche come "sistemi energetici distribuiti domestici").Allora quali sono le categorie di batterie domestiche solari?Come dovremmo scegliere? Classificazione funzionale per funzione di backup: 1. Alimentatore UPS domestico Si tratta di un servizio di livello industriale per l'alimentazione di backup di cui gli ospedali, le sale dati, il governo federale o i mercati militari necessitano solitamente per il funzionamento continuo dei loro dispositivi essenziali e sensibili.Con un alimentatore UPS domestico, le luci della tua casa potrebbero non tremolare nemmeno in caso di guasto della rete elettrica.La maggior parte delle case non ha bisogno o non intende pagare per questo livello di affidabilità, a meno che non utilizzino apparecchiature cliniche cruciali nella tua casa. 2. Alimentatore "interrompibile" (back-up completo). Il passaggio successivo rispetto a un UPS è quello che chiameremo "alimentatore interrompibile" o IPS.Un IPS consentirà sicuramente a tutta la tua casa di continuare a funzionare con energia solare e batterie se la rete si interrompe, ma sperimenterai sicuramente un breve periodo (un paio di secondi) in cui tutto diventerà nero o grigio in casa come sistema di backup entra nell'attrezzatura.Potrebbe essere necessario reimpostare i tuoi orologi elettronici lampeggianti, ma a parte questo sarai in grado di utilizzare tutti i tuoi elettrodomestici come faresti normalmente finché dureranno le batterie. 3. Alimentazione elettrica per situazioni di emergenza (back-up parziale). Alcune funzionalità di alimentazione di backup funzionano attivando un circuito di emergenza quando rileva che la rete è effettivamente diminuita.Ciò consentirà ai dispositivi di alimentazione domestica collegati a questo circuito – in genere frigoriferi, luci e alcune prese elettriche dedicate – di continuare a far funzionare le batterie e/o i pannelli fotovoltaici per la durata del blackout.Questo tipo di backup è molto probabilmente una delle opzioni più popolari, ragionevoli ed economiche per le case di tutto il mondo, poiché far funzionare un'intera casa con un banco di batterie le scaricherà rapidamente. 4. Sistema solare e di accumulo parzialmente off-grid. Un'ultima opzione che potrebbe attirare l'attenzione è un "sistema parzialmente isolato dalla rete".Con un sistema parzialmente off-grid, l'idea è quella di creare un'area dedicata "off-grid" della casa, che funzioni continuamente con un sistema solare e a batteria sufficientemente grande da mantenersi senza attingere energia dalla rete.In questo modo, i lotti familiari necessari (frigoriferi, luci, ecc.) rimangono accesi anche in caso di interruzione della rete, senza alcun tipo di interruzione.Inoltre, poiché l’energia solare e le batterie sono dimensionate per funzionare per sempre da sole senza la rete, non ci sarebbe bisogno di allocare l’utilizzo di energia a meno che non vengano collegati dispositivi aggiuntivi al circuito off-grid. Classificazione dalla tecnologia chimica delle batterie: Batterie al piombo come batteria di riserva residenziale Batterie al piombosono le batterie ricaricabili più vecchie e le batterie più economiche disponibili sul mercato per l'accumulo di energia.Sono apparse all'inizio del secolo scorso, nel 1900, e fino ad oggi rimangono le batterie preferite in molte applicazioni grazie alla loro robustezza e al basso costo. I loro principali svantaggi sono la bassa densità di energia (sono pesanti e ingombranti) e la loro breve durata, non accettando un gran numero di cicli di carico e scarico, le batterie al piombo richiedono una manutenzione regolare per bilanciare la chimica della batteria, quindi le sue caratteristiche lo rendono inadatto per scariche a frequenza medio-alta o per applicazioni che durano 10 anni o più. Presentano inoltre lo svantaggio di una bassa profondità di scarica, che in genere è limitata all'80% in casi estremi o al 20% nel funzionamento regolare, per una maggiore durata.Lo scaricamento eccessivo deteriora gli elettrodi della batteria, riducendone la capacità di immagazzinare energia e limitandone la durata. Le batterie al piombo necessitano di un costante mantenimento dello stato di carica e vanno conservate sempre al massimo stato di carica attraverso la tecnica di galleggiamento (mantenimento della carica con una piccola corrente elettrica, sufficiente ad annullare l'effetto di autoscarica). Queste batterie possono essere trovate in diverse versioni.Le più comuni sono le batterie ventilate, che utilizzano elettrolita liquido, le batterie al gel regolate da valvola (VRLA) e le batterie con elettrolita incorporato in un tappetino in fibra di vetro (noto come AGM – tappetino di vetro assorbente), che hanno prestazioni intermedie e costi ridotti rispetto alle batterie al gel. Le batterie regolate da valvola sono praticamente sigillate, il che impedisce perdite e essiccazione dell'elettrolito.La valvola agisce nel rilascio dei gas in situazioni di sovraccarico. Alcune batterie al piombo sono sviluppate per applicazioni industriali stazionarie e possono accettare cicli di scarica più profondi.Esiste anche una versione più moderna, ovvero la batteria al piombo-carbone.I materiali a base di carbonio aggiunti agli elettrodi forniscono correnti di carica e scarica più elevate, una maggiore densità di energia e una maggiore durata. Un vantaggio delle batterie al piombo (in tutte le sue varianti) è che non necessitano di un sofisticato sistema di gestione della carica (come nel caso delle batterie al litio, che vedremo in seguito).Le batterie al piombo hanno molte meno probabilità di prendere fuoco ed esplodere se sovraccaricate perché il loro elettrolito non è infiammabile come quello delle batterie al litio. Inoltre, un leggero sovraccarico non è pericoloso in questi tipi di batterie.Anche alcuni controller di carica dispongono di una funzione di equalizzazione che sovraccarica leggermente la batteria o il gruppo di batterie, facendo sì che tutte le batterie raggiungano lo stato completamente carico. Durante il processo di equalizzazione, le batterie che eventualmente si caricheranno completamente prima delle altre avranno la loro tensione leggermente aumentata, senza rischi, mentre la corrente scorre normalmente attraverso l'associazione seriale degli elementi.In questo modo possiamo dire che le batterie al piombo hanno la capacità di equilibrarsi in modo naturale e piccoli squilibri tra le batterie di una batteria o tra le batterie di una banca non presentano rischi. Prestazione:L'efficienza delle batterie al piombo è molto inferiore a quella delle batterie al litio.Sebbene l'efficienza dipenda dalla velocità di carica, di solito si presuppone un'efficienza di andata e ritorno dell'85%. Capacità di memoria:Le batterie al piombo sono disponibili in una gamma di tensioni e dimensioni, ma pesano 2-3 volte di più per kWh rispetto al litio ferro fosfato, a seconda della qualità della batteria. Costo della batteria:Le batterie al piombo sono meno costose del 75% rispetto alle batterie al litio ferro fosfato, ma non lasciarti ingannare dal prezzo basso.Queste batterie non possono essere caricate o scaricate rapidamente, hanno una durata molto più breve, non dispongono di un sistema di gestione protettiva della batteria e potrebbero richiedere anche una manutenzione settimanale.Ciò si traduce in un costo per ciclo complessivamente più elevato di quanto sia ragionevole per ridurre i costi energetici o supportare apparecchi pesanti. Batterie al litio come batteria di riserva residenziale Attualmente, le batterie di maggior successo commerciale sono le batterie agli ioni di litio.Dopo che la tecnologia agli ioni di litio è stata applicata ai dispositivi elettronici portatili, è entrata nei campi delle applicazioni industriali, dei sistemi di alimentazione, dello stoccaggio dell'energia fotovoltaica e dei veicoli elettrici. Batterie agli ioni di litiosuperano molti altri tipi di batterie ricaricabili sotto molti aspetti, tra cui la capacità di accumulo dell'energia, il numero di cicli di lavoro, la velocità di ricarica e il rapporto costo-efficacia.Attualmente, l'unico problema è la sicurezza, gli elettroliti infiammabili possono prendere fuoco ad alte temperature, il che richiede l'uso di sistemi elettronici di controllo e monitoraggio. Il litio è il più leggero di tutti i metalli, ha il potenziale elettrochimico più elevato e offre densità di energia volumetrica e di massa più elevate rispetto ad altre tecnologie di batterie conosciute. La tecnologia agli ioni di litio ha reso possibile incentivare l’uso di sistemi di accumulo dell’energia, principalmente associati a fonti energetiche rinnovabili intermittenti (solare ed eolica), e ha anche favorito l’adozione di veicoli elettrici. Le batterie agli ioni di litio utilizzate nei sistemi di alimentazione e nei veicoli elettrici sono di tipo liquido.Queste batterie utilizzano la struttura tradizionale di una batteria elettrochimica, con due elettrodi immersi in una soluzione elettrolitica liquida. I separatori (materiali isolanti porosi) vengono utilizzati per separare meccanicamente gli elettrodi consentendo al contempo il libero movimento degli ioni attraverso l'elettrolita liquido. La caratteristica principale di un elettrolita è quella di consentire la conduzione della corrente ionica (formata da ioni, che sono atomi con eccesso o carenza di elettroni), pur non lasciando passare gli elettroni (come avviene nei materiali conduttori).Lo scambio di ioni tra elettrodi positivi e negativi è la base per il funzionamento delle batterie elettrochimiche. La ricerca sulle batterie al litio può essere fatta risalire agli anni ’70 e la tecnologia è maturata e ha iniziato l’uso commerciale intorno agli anni ’90. Le batterie ai polimeri di litio (con elettroliti polimerici) vengono ora utilizzate nei telefoni cellulari, nei computer e in vari dispositivi mobili, sostituendo le vecchie batterie al nichel-cadmio, il cui problema principale è l'"effetto memoria" che riduce gradualmente la capacità di accumulo.Quando la batteria viene caricata prima che sia completamente scarica. Rispetto alle vecchie batterie al nichel-cadmio, in particolare alle batterie al piombo, le batterie agli ioni di litio hanno una densità di energia più elevata (immagazzinano più energia per volume), hanno un coefficiente di autoscarica inferiore e possono sopportare più cariche e numero di cicli di scarica , il che significa una lunga durata. Intorno ai primi anni 2000, le batterie al litio iniziarono ad essere utilizzate nell’industria automobilistica.Intorno al 2010, le batterie agli ioni di litio hanno guadagnato interesse per l'accumulo di energia elettrica in applicazioni residenziali esistemi ESS (Energy Storage System) su larga scala, principalmente a causa del maggiore utilizzo di fonti di energia in tutto il mondo.Energie rinnovabili intermittenti (solare ed eolica). Le batterie agli ioni di litio possono avere prestazioni, durata e costi diversi a seconda di come sono realizzate.Sono stati proposti diversi materiali, principalmente per gli elettrodi. Tipicamente, una batteria al litio è costituita da un elettrodo metallico a base di litio che forma il terminale positivo della batteria e un elettrodo di carbonio (grafite) che forma il terminale negativo. A seconda della tecnologia utilizzata, gli elettrodi a base di litio possono avere strutture diverse.I materiali più comunemente utilizzati per la fabbricazione delle batterie al litio e le principali caratteristiche di queste batterie sono le seguenti: Ossidi di litio e cobalto (LCO):Elevata energia specifica (Wh/kg), buona capacità di stoccaggio e durata soddisfacente (numero di cicli), adatto per dispositivi elettronici, lo svantaggio è la potenza specifica (W/kg) Piccola, riduce la velocità di carico e scarico; Ossidi di litio e manganese (LMO):consentire elevate correnti di carica e scarica con bassa energia specifica (Wh/kg), che riduce la capacità di accumulo; Litio, Nichel, Manganese e Cobalto (NMC):Unisce le proprietà delle batterie LCO e LMO. Inoltre, la presenza di nichel nella composizione aiuta ad aumentare l'energia specifica, garantendo una maggiore capacità di accumulo.Nichel, manganese e cobalto possono essere utilizzati in proporzioni variabili (per supportare l'uno o l'altro) a seconda del tipo di applicazione.Nel complesso, il risultato di questa combinazione è una batteria con buone prestazioni, buona capacità di accumulo, lunga durata e basso costo. Litio, nichel, manganese e cobalto (NMC):Combina le caratteristiche delle batterie LCO e LMO.Inoltre, la presenza di nichel nella composizione contribuisce ad elevare l'energia specifica, garantendo una maggiore capacità di accumulo.Nichel, manganese e cobalto possono essere utilizzati in proporzioni diverse, a seconda del tipo di applicazione (per favorire una caratteristica o l'altra).In generale, il risultato di questa combinazione è una batteria con buone prestazioni, buona capacità di accumulo, buona durata e costo contenuto.Questo tipo di batteria è stata ampiamente utilizzata nei veicoli elettrici ed è adatta anche per sistemi di accumulo di energia stazionari; Litio Ferro Fosfato (LFP):La combinazione LFP fornisce alle batterie buone prestazioni dinamiche (velocità di carica e scarica), durata prolungata e maggiore sicurezza grazie alla buona stabilità termica.L'assenza di nichel e cobalto nella loro composizione riduce i costi e aumenta la disponibilità di queste batterie per la produzione di massa.Nonostante la sua capacità di accumulo non sia delle più elevate, è stato adottato dai produttori di veicoli elettrici e di sistemi di accumulo dell'energia per le sue numerose caratteristiche vantaggiose, in particolare il basso costo e la buona robustezza; Litio e Titanio (LTO):Il nome si riferisce alle batterie che hanno titanio e litio in uno degli elettrodi, in sostituzione del carbonio, mentre il secondo elettrodo è lo stesso utilizzato in uno degli altri tipi (come NMC – litio, manganese e cobalto).Nonostante la bassa energia specifica (che si traduce in una ridotta capacità di accumulo), questa combinazione presenta buone prestazioni dinamiche, buona sicurezza e una durata di servizio notevolmente aumentata.Le batterie di questo tipo possono accettare più di 10.000 cicli operativi con una profondità di scarica del 100%, mentre altri tipi di batterie al litio accettano circa 2.000 cicli. Le batterie LiFePO4 superano le batterie al piombo-acido con stabilità del ciclo estremamente elevata, massima densità di energia e peso minimo.Se la batteria viene regolarmente scaricata dal 50% DOD e poi completamente carica, la batteria LiFePO4 può eseguire fino a 6.500 cicli di ricarica.Quindi l'investimento extra ripaga a lungo termine e il rapporto prezzo/prestazioni rimane imbattibile.Sono la scelta preferita per l'uso continuo come batterie solari. Prestazione:La ricarica e il rilascio della batteria hanno un'efficacia del ciclo totale del 98% pur essendo caricati e rilasciati rapidamente in tempi inferiori a 2 ore – e anche più velocemente per una durata ridotta. Capacità di memoria: un pacco batterie al litio ferro fosfato può essere superiore a 18 kWh, occupa meno spazio e pesa meno di una batteria al piombo della stessa capacità. Costo della batteria: Il litio ferro fosfato tende a costare di più rispetto alle batterie al piombo-acido, ma di solito ha un costo di ciclo inferiore a causa della maggiore longevità