Batterie di accumulo per impianti fotovoltaici

4.1.1 Tipologie di sistemi di accumulo

Le batterie di accumulo permettono di immagazzinare energia generata in eccesso dal fotovoltaico, in modo da poterla riutilizzare successivamente nei momenti di richiesta in cui l’impianto non produce energia (ad esempio durante la notte o nei momenti di basso irraggiamento solare). Questi dispositivi sono essenzialmente degli accumulatori di tipo elettrochimico, che prevedono lo stoccaggio dell’energia autoprodotta da rendere poi rendere disponibile dal punto di vista temporale in maniera differita rispetto alla sua produzione. Sono state finora prodotte una vasta gamma di soluzioni, riconducibili essenzialmente alle seguenti tipologie costruttive:

 Batterie al Piombo;  Batterie agli Ioni di litio;

 Batterie al Nichel-metallo-idruro;  Batterie al Nichel-Cadmio;

 Batterie con tecnologie ad alta temperatura.

In generale tutte queste categorie di dispositivi devono garantire un funzionamento continuo dell’impianto ed evidenziare una costante capacità ad accumulare ed erogare

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energia elettrica in piccole o grandi quantità. Devono inoltre essere caratterizzate da costi ridotti, limitata necessità di manutenzione in esercizio e lunga durata della loro funzionalità.

Per una famiglia media di 2-3 persone solitamente il fabbisogno durante le ore serali/notturne si aggira attorno ai 4,5 kWh, tuttavia in base al tipo di batteria adottata si potranno perseguire soluzioni differenti. Riportiamo qui di seguito una tabella che opera un confronto tra le caratteristiche positive e negative distintive dei diversi tipi di batteria.

TIPO DI BATTERIA VANTAGGI SVANTAGGI

al Piombo

Diffuse, economiche e robuste Buoni rendimenti di carica/scarica e rapporto

prestazioni/prezzo

Pesanti e ingombranti

agli Ioni di litio (li-Ion)

In continua evoluzione tecnologica per migliorarne le prestazioni.

Durata più elevata rispetto a quelle al piombo. Molto diffuse

Costo più elevato

al Nichel- metallo –

idruro (NiMH)

Capacità doppia o tripla di un batteria NiCd di pari dimensioni.

Densità volumetrica di energia è minore delle

batterie Li-Ion al Nichel- cadmio (NiCd) Possibilità di carica e funzionamento anche a

basse temperature Bassa densità di energia

I principali sistemi installati rientrano nelle categorie di batterie al piombo e al litio. Le prime durano mediamente cinque anni e rappresentano la soluzione più economica, anche se meno efficiente. Per esse, si calcola infatti il 50% di utilizzo. Per aiutarci nella comprensione di quest’ultima affermazione, si considera che per il valore di fabbisogno precedentemente menzionato, equivalente a 4,5 kWh, risulterà necessario provvedere a un accumulo da 9 kWh, poiché il sistema durante la fase di caricamento e scaricamento trattiene circa il 50% di energia al fine di evitare il danneggiamento delle batterie. Per quanto riguarda invece le batterie al litio si considera un utilizzo dell’80%. Riprendendo l’esempio precedente, l’accumulo necessario sarà pari a 5,7

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kWh. Questa tipologia di batteria è quindi caratterizzata da un costo maggiore, ma garantiscono una migliore efficienza. Inoltre coprono dieci anni di funzionamento contro i cinque delle batterie al piombo.

I sistemi di accumulo devono in ogni caso soddisfare specifiche tecniche diverse, adatte alla tipologia di impianto fotovoltaico progettato. Infatti, considerando un’installazione residenziale, questa può essere collegata alla rete elettrica pubblica oppure offrire un servizio isolato. Nel caso di batterie montate su un impianto grid-

connected (finalizzate all’autoconsumo e alla diminuzione dei costi in bolletta), esse

non interrompono il loro funzionamento nemmeno in caso di mancata fornitura energetica proveniente dalla rete (come blackout). Questa tipologia di accumulo viene anche chiamata “Riutilizzatore Energetico”, ed è dotata di batterie e un meccanismo per la gestione energetica che guarda alle necessità dell’utente. Il dispositivo prevede infatti una centralina di controllo elettronico di tipo intelligente in grado di valutare se l’energia prodotta in surplus debba essere immagazzinata nelle batterie, oppure incanalata nella sezione di autoconsumo o immissione in rete, per fruire della tariffa incentivante. Nel caso in cui il fabbisogno energetico dell’abitazione lo richieda, il componente preleva l’energia necessaria dalla rete. Attraverso invece un regolatore il sistema stabilisce la carica delle batterie, evitando dannosi sovraccarichi. Tutti questi componenti devono essere ovviamente dimensionati in maniera proporzionale all’impianto, alle batterie e al rapporto potenza/quantità dei consumi elettrici.

L’elettricità pulita derivante dall’impianto è in sintesi dirottata su vie diverse in ordine di priorità:

 Direttamente alle utenze di casa e ai carichi domestici per l’autoconsumo immediato;

 Alle batterie di accumulo per l’autoconsumo differito;

 Alle rete elettrica (se previsto dal progetto e quando le batterie sono cariche) per la sua valorizzazione attraverso lo “scambio sul posto”.

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Questo controllo è effettuato tramite software dedicato, che svolge le funzioni necessarie a rendere la residenza il più possibile autonoma dal punto di vista energetico.

4.1.2 Vantaggi offerti da un sistema a batterie

I sistemi di accumulo costituiscono uno strumento molto importante per la stabilizzazione dell’energia elettrica prodotta, permettendo di migliorare sensibilmente la trasmissione elettrica e ottimizzare i consumi. Le fonti rinnovabili annoverano, come già citato, numerosi vantaggi, tra cui l’assenza di emissioni di gas serra, la sua gratuità e la caratteristica di rigenerarsi, ma l’energia da loro prodotta risulta discontinua. Infatti la produzione energetica non è garantita in qualsiasi momento della giornata, mentre tendenzialmente il fabbisogno e il consumo di energia risulta di tipo continuo. Le batterie intendono risolvere proprio questa problematica.

I benefici derivabili da questi sistemi non risiedono solamente nel miglioramento del consumo energetico delle singole abitazioni, ma anche nella praticità dell’abitazione stessa. Tramite le batterie ad accumulo risulta infatti possibile accedere alla tariffa premio di autoconsumo, la quale regala 0,16 € per ogni kW prodotto. Questa agevolazione determina delle ricadute sulla bolletta, all’interno della quale i risparmi sui costi energetici possono raggiungere anche il 100% in alcuni periodi dell’anno. Inoltre garantisce un’autonomia energetica all’abitazione nei confronti della rete elettrica, andando a costituire una fonte di scorta a cui rivolgersi nel momento in cui non si ha a disposizione energia da autoconsumare. Infine il sistema intelligente di controllo di cui è dotato l’impianto offre una garanzia di flusso costante di elettricità, nonostante la discontinuità di cui si caratterizzano le fonti rinnovabili, poiché in grado

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di distinguere i momenti in cui è possibile sfruttare l’energia autoprodotta da quelli in cui risulta necessario prelevarla dalla rete elettrica.

4.1.3 Benefici garantiti in un impianto domestico

I sistemi di accumulo a batterie sono studiati e progettati in modo tale da rendere una singola abitazione autosufficiente. Impiegando queste batterie di accumulo è possibile garantire un risparmio agli utenti, riducendo sensibilmente il consumo dell’energia proveniente dal gestore elettrico. Non essendo sempre possibile sfruttare l’impianto durante le ore di maggiore produzione (soprattutto quando si trascorre poco tempo nella propria abitazione durante il giorno) conservare l’energia autoprodotta rappresenta una valida soluzione per garantire il consumo energetico in qualsiasi momento, senza vedersi costretti a prelevare energia dalla rete. Basti pensare che per un impianto fino a 20 kW è prevista una tariffa premio per l’autoconsumo di 0,16 €, mentre l’energia venduta in rete presenta un costo di 0,21 €. Il guadagno risiede quindi nell’autoconsumo di tutta l’energia prodotta dal proprio impianto, che tra l’altro risulta pulita e gratuita.

Secondo quest’ottica il proprietario del sistema fotovoltaico diventerebbe egli stesso un produttore di energia elettrica. Un utente che si vuole rendere completamente autosufficiente e indipendente dal suo gestore elettrico non può quindi fare a meno di valutare la soluzione offerta dai sistemi di accumulo per conservare tutta l’energia prodotta dall’impianto. Le batterie per gli impianti fotovoltaici, infatti, permettono non solo di ottimizzare la produzione elettrica, ma soprattutto di non lasciare nessun kW prodotto inutilizzato. Lo stesso meccanismo può inoltre ridurre l’impatto ambientale, limitando le immissioni in rete, e risolvere anche i problemi legati alle congestioni sulla rete stessa.

Alcuni studi effettuati sul consumo dell’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico domestico hanno dimostrato come una famiglia, anche rimanendo in casa durante tutte le ore del giorno, non riesca ad autoconsumare una quota di energia superiore al 30-40%: la parte generata in eccesso, se non si è dotati di un adeguato sistema di accumulo, viene obbligatoriamente ceduta alla rete.

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