Batteria Fotovoltaica come funziona e Quanto Costa

Abbiamo già parlato dei sistemi fotovoltaici con storage per conservare l’energia prodotta durante il giorno per consumarla di giorno. Si tratta di impianti che ci rendono elettricamente autosufficienti e non dipendenti da qualsiasi compagnia di elettricità.

La corrente elettrica prodotta viene immagazzinata in una batteria fotovoltaica, o meglio in un sistema di accumulo con diverse batterie collegate tra loro, ed è di questo che vogliamo parlare oggi, delle loro caratteristiche, prezzi e proprietà.

Le batterie per fotovoltaico possono non solo essere usate per impianti off-grid (scollegati alla rete elettrica) casalinghi, ma anche nelle barche, camper o in luoghi dove l’elettricità non arriva. I prezzi partono da 100 euro per una batteria per 30-40 watt fino 3000 euro per un sistema da 3 Kwp per arrivare a 6000-7000 euro per la Tesla POWERWALL da 13.5 KWh.

Che cos’è una Batteria Fotovoltaica

tutti noi abbiamo a che fare con le pile o batterie che utilizziamo per fornire energia ai piú disparati oggetti nella nostra casa. Computer, smartphone, telecomandi, calcolatrici. Solitamente compriamo le usa e getta da 1,5 V per alimentare piccoli oggetti, usiamo le piú economiche zinco carbone o le piú costose e durevoli alcaline. Altrimenti ci sono le ricaricabili che vengono utilizzate anche nelle batterie per impianti fotovoltaici.

Anche se ci sono diverse tecnologie disponibili, quelle al piombo-acido rimangono ancora le piú diffuse, perchè sono piuttosto economiche ed è probabile che le cose non cambieranno per i prossimi anni.

Ci sono poi le batterie Nichel Cadmio, Ni-Cd, le stesse che si usano per smartphone e pc. Sono piú perfromanti, veloci da ricaricare ma costano di piú . In futuro ci sono pronte anche quelle al Nichel metallo idruro, batterie ibride.

È anche possibile trasformare l’energia prodotta di giorno in idrogeno, ma stiamo già andando oltre.

Capacità della Batteria

Cosa significa capacità della batteria?

In genere, la capacità della batteria è espressa in chilowattora (kWh), in modo simile al modo in cui viene caricata l’elettricità sulla bolletta. Alcuni produttori di batterie esprimono la loro capacità in ampere ore (Ah).

La capacità della batteria indicata dal produttore è un numero “ideale” utile per confrontare le batterie. Alcuni produttori promuovono la capacità della batteria in base alla capacità totale, ad esempio 10 kWh. Ma tutte le batterie solari hanno quella che viene chiamata profondità di scarica (Depth Of Discharge – DoD). Questo è quanto della capacità totale può essere utilizzata.

La maggior parte delle batterie solari non può avere il 100 percento dell’energia totale assorbita dalla batteria. Il DoD è espresso in percentuale della capacità totale. Se una batteria da 10 kWh ha un DoD dell’80%, fornirà 8 kWh di energia utilizzabile. È importante confrontare le batterie in base alla loro energia utilizzabile, non alla capacità totale.

Le batterie agli ioni di litio hanno in genere una profondità di scarica dell’80% e oltre. Le batterie al piombo acido hanno in genere una profondità di scarica del 30-50%.

Batteria fotovoltaico Piombo Acido

Le piú utilizzate sono le AGM ermetiche e un po’ di meno quelle al piombo gel. La batteria realizzata con questo sistema comprende un catodo in piombo ed un anodo in ossido di piombo immersi in una soluzione di acido solforico. La reazione di scarica elettrica all’anodo consiste in uno scambio di ioni di ossigeno dall’ anodo con ioni di solfato dell’elettrolita. Al catodo, la scarica coinvolge ioni solfato dall’elettrolito che si combinano con gli ioni di piombo per formare il solfato di piombo.

La rimozione di ioni solfato dalla soluzione riduce l’acidità dell’elettrolita. Per mantenere la neutralità di carica, due elettroni devono entrare nell’ terminale dell’ anodo, e due elettroni devono lasciare il terminale di catodo tramite il circuito esterno per ciascuno dei due ioni solfato che lasciano l’elettrolita. Questo corrisponde ad una corrente positiva che abbandona l’ anodo.

Tipicamente, il processo di carica ha un’efficienza di circa il 95%. Il processo di scarica si traduce in alcune perdite dovute alla resistenza interna della batteria, in modo che solo circa il 95% dell’energia immagazzinata può essere recuperato. In generale l’efficienza di carica e scarica di una batteria al piombo è quindi circa il 90%.

La quantità di energia immagazzinata in una batteria è misurata in Ampere-ora (Ah). Mentre Ah non è tecnicamente un’ unità di energia, ma, piuttosto, un’ unità di carica, la quantità di carica di una batteria è approssimativamente proporzionale all’energia immagazzinata nella stessa. Se la tensione della batteria rimane costante, allora l’energia immagazzinata è semplicemente il prodotto della carica  per la tensione.

La capacità di una batteria viene spesso indicato come C. Pertanto, se un carico è collegato ad
una batteria, in modo che la batteria si scarichi in x ore, il tasso di scarico è indicato
come C / x.

A seconda del composizione specifica degli elettrodi, le batterie al piombo possono essere ottimizzate per uno scarico superficiale o totale. Le prima presentano una piccola quantità di calcio in combinazione con il piombo per conferire maggiore forza al cavo altrimenti puro. Le piastre possono essere realizzate più sottili con una maggiore superficie per produrre correnti di avviamento elevate.

Queste unità non dovrebbe essere scaricate a meno del 75% della loro capacità. Nelle applicazioni automobilistiche, quest esono condizioni operative soddisfacenti, poiché la batteria è necessaria soprattutto per il funzionamento del motorino di avviamento fino all’avviamento del motore. Dopo questo punto, l’alternatore prende il sopravvento, ricaricando la batteria . Le batterie al piombo a scarica profonda utilizzano l’ antimonio.

Queste batterie sono progettate per l’uso delle macchinine per trasportare i giocatori di golf, per gli elevatori elettrici, così come per l’utilizzo nei sistemi fotovoltaici.

Quando un impianto fotovoltaico che utilizza batterie al piombo viene realizzato, il progettista deve determinare i tassi di ricarica adeguati per le batterie e dovrebbe anche tenere presente le esigenze di ventilazione del sistema di batterie.

Batteria al sale fotovoltaica

anche in questo caso si tratta di una tecnologia già presente da molti anni che però dal punto di vista commerciale ancora non ha preso piede.

All’ interno delle batterie al posto del nichel o litio è presente del semplice sodio (sale). Essendo il sale una sostanza disponibile in abbondanza in natura non ci sono problemi di smaltimento e garantisce a vita il sistema sulla sicurezza.

In ITALIA sono prodotte da UNE, per avere maggiori informazioni bisogna scrivere all’azienda, al momento non si conoscono prezzi e disponibilità.

 

Batteria fotovoltaico Nichel-Cadmio

le Batterie Ni-Cd utilizzano idrossido di nichel per le piastre anodiche e l’ossido di cadmio per le piastre catodiche, in una struttura simile a quella del sistema piombo-acido. L’ elettrolita nel sistema Ni-Cd è idrossido di potassio. L’anodo NiOH è generalmente costituito da fibre di nichel miste con fibre di plastica Grafite o nichelato. Si aggiungono anche quantità di altri materiali come composti di bario e cobalto per migliorare le prestazioni. Il catodo è spesso costituito da un rivestito cadmio- fibra plastica. Se il catodo non è rivestito in plastica allora è comunemente miscelato con ferro o nichel.

Le batterie Ni-Cd sono più robuste rispetto alle batterie piombo-acido. Possono sopravvivere al congelamento e alle alte temperature. Possono essere completamente scaricate, e sono meno colpite da unl sovraccarico. Di conseguenza, in alcune applicazioni, le batterie Ni-Cd possono essere la migliore scelta perché la loro robustezza può consentire l’eliminazione del controllo di carica

Se le batterie devono essere utilizzate in una posizione in cui l’accesso per la manutenzione
è difficile, il maggior costo di queste batterie può spesso essere giustificato.

Se le batterie al Ni-Cd vengono caricate e poi lasciate inutilizzate, perderanno la loro carica ad un tasso di circa il 2% al giorno per i primi giorni, per poi stabilizzarsi a tassi piú bassi di perdita. In un periodo di 6 mesi, la perdita totale è tipicamente di circa il 20%, a seconda se la batteria è media, alta, bassa velocità di scarico.
Più alto è il punteggio di scarica della batteria, maggiore è la perdita di carica nel tempo. La perdita di carica è anche dipendente dalla temperatura. Il tasso di perdita è maggiore a temperature più alte, a -20 ° C, non vi è quasi nessuna perdita.

La durata di una batteria al Ni-Cd dipende da come viene utilizzata, ma è meno dipendente
dalla profondità di scarico rispetto alle batterie piombo-acido. Una durata di almeno
2000 cicli è nella norma quando non è utilizzata ad elevate temperature. Come risultato, in determinate applicazioni e condizioni operative, una batteria
può durare fino a 25 anni . Non è irragionevole aspettarsi una durata doppia rispetto a quelle al piombo-acido.

Gli svantaggi delle batterie al Ni-Cd includono la difficoltà nel determinare lo stato di
carica delle batterie e la tossicità del cadmio, specialmente quando deve essere smaltito. Esse sono anche più costose rispetto a quelle al piombo.

Batteria fotovoltaico agli Ioni di Litio

sono la soluzione ideale per le esigenze di stoccaggio di energia solare. Si tratta delle stesse batterie che vengono utilizzate nei nostri device portatili come smartphone, tablet pc ecc.

Tesla è quella che ha presentato un prodotto di massa la batteria POWERWALL che costa ancora troppo per diffondersi. Il modello da 13,5 kWh con 7 kWh di picco costa circa 7000 euro. 

Ci sono altre marche che producono batterie per sistemi fotovoltaici, piú economiche come la tedesca SONNEN.

Altre tecnologie per le Batterie

Ci sono tante altre tecnologie. Un elenco parziale di queste batterie comprende quelle ossido di zinco / argento, metallo / aria, ferro / aria, zinco / aria, alluminio / aria, litio / aria, zinco / bromo, litio-alluminio solfuro / ferro, disolfuro litio-alluminio / ferro, sodio / zolfo, cloruro di sodio / metallo, e diverse varianti di batterie al Litio.

Batterie al Magnesio

la ricerca su alternative alle batterie agli ioni di litio è in corso da un po ‘di tempo. È stato avviato un nuovo progetto di ricerca dell’UE, che mira a sostenere le batterie al magnesio.

“Il magnesio è un materiale promettente e uno dei candidati più importanti nella nostra strategia post-litio“, afferma Maximilian Fichtner, vicedirettore dell’istituto tedesco Helmholtz Institute Ulm (HIU), un ente di ricerca dedicato alla ricerca e allo sviluppo di concetti di batterie elettrochimiche.

La sfida con le batterie al magnesio è quella di avere un prodotto a una lunga durata. Allo stesso tempo, gli scienziati vogliono utilizzare le proprietà positive del nuovo materiale anodico. Ad esempio, gli anodi di magnesio non formano dendriti, cioè depositi elettrochimici che potrebbero causare malfunzionamenti o cortocircuiti, come nelle batterie agli ioni di litio.

“Ecco perché possiamo utilizzare il magnesio in forma metallica e utilizzare direttamente l’elevata capacità di stoccaggio del metallo. Ciò aumenta le prestazioni della batteria “, continua Fichtner.

Un altro vantaggio dell’utilizzo della tecnologia del magnesio nella produzione di batterie sarebbe una riduzione nell’uso del litio. Il magnesio è circa 3.000 volte più abbondante sulla terra del litio, ed è anche più facile da riciclare, secondo l’HIU.

Quindi, le batterie al magnesio potrebbero anche essere più economiche delle loro controparti agli ioni di litio. Allo stesso tempo, la nuova tecnologia sarebbe un’opportunità per stabilire un panorama competitivo della produzione di batterie in Europa, che potrebbe ridurre il predominio dei produttori asiatici di batterie.

Prezzi batteria fotovoltaica per accumulo

Quanto costa una batteria del fotovoltaico? Dipende dalla tecnologia scelta. I prezzi di una batteria fotovoltaica per il 2022 sono i seguenti:

• un sistema al piombo-acido utile per un impianto da 3 Kwp costa circa duemila euro. I prezzi comunque si stanno abbassando, così come per i sistemi nichel-cadmio che comunque costano quasi il doppio.
• Come detto POWERWALL di Tesla costa circa 7000 euro per 13.5 kWh
• quella di Sonnen da 10 kWh costa circa 4900 euro.
• La batteria LG CHEM DA 6,5kWh ha un prezzo di 3800 euro.