L’attenzione verso i sistemi di accumulo di energia elettrica non è stata mai alta come negli ultimi anni. Il futuro sembra tracciato. Pensiamo all’ auto ibrida, a quella elettrica, a tutti i dispositivi portatili che posseggono un sistema di storage energetico.
Ora, focalizzandoci su la produzione di energia elettrica in casa che avviene tramite l’irradiazione solare, parleremo del fotovoltaico con accumulo. Di cosa si tratta? Di produrre elettricità tramite moduli solari e di conservarla in sistemi di stoccaggi realizzati con batterie.
Il prezzo fotovoltaico con accumulo, parliamo di un sistema completo, è diventato piuttosto appetibile ed in molti iniziano a prenderlo in considerazione per staccarsi completamente dal fornitore elettrico e diventare energeticamente indipendenti.
Non si tratta soltanto di una scelta etica, risparmio di combustibili fossili che contribuiscono all’ aumento di CO2 nelle città, ma economica. Produrre in proprio significa risparmiare e guadagnare. Non ci voglio cifre astronomiche, per un impianto da 3 Kwp bastano 5000 euro per la parte di produzione (moduli pv, inverter, staffe, contatori, installazione) e dai 2000 ai 6000 per i componenti di storage. La differenza di prezzo sta proprio qui, nel tipo di batterie che si utilizzano.
Per la verità l’uso delle batterie per immagazzinare energia non è una novità, ma è soltanto negli ultimi 5 anni che si è presa coscienza di quanto la tecnologia sia importante. Gli sforzi di tantissime aziende vanno in questa direzione. Noi conosciamo Tesla, forte del successo della sua auto elettrica, ma la vera sfida è nel rendere le batterie sempre piú piccole e performanti.
Pensate ai nostri smartphone, tablet, pc portatili, siamo pieni di sistemi di accumulo nelle nostre case. Sono batterie agli ioni di litio (introdotte nel 1991 dalla Sony) che costano relativamente poco e sono durevoli. Dobbiamo combattere con l’effetto memoria, i cicli di ricarica continui tendono ad accorciare la sua vita totale e a renderla nel corso degli anni meno performante, ecco perchè non vanno mai comprate usate. Iniziano a degradare le prestazioni, seppur in misura minima, già dal giorno della loro produzione.
Le ricerche vanno quindi nella direzione del miglioramento delle prestazioni dei sistemi di accumulo ed in maniera parallela con l’abbassamento del costo per l’utente. Ciò non solo per i sistemi fotovoltaici ma anche per soddisfare le esigenze delle riduzioni di gas a effetto serra attraverso l’uso di veicoli elettrici.
L’elemento di costo è particolarmente importante, ad esempio, per i veicoli ibridi plug-in e per quelli elettrici a batteria . L’obiettivo della maggior parte dei produttori è di arrivare a 125 dollari per kWh per l’acquisto di una batteria.
Calcolate che la Tesla S ha una batteria da 60 a 100 kWh, il nuovo Chevrolet Bolt completamente elettrico avrà una batteria da 60 kWh e la Tesla 3 avrà una batteria inferiore a 60 kWh. Si tratta delle prime auto di massa che hanno un’autonomia che supera i 400 Km, limite ritenuto minimo per avere un appeal sul pubblico.
Come funziona una batteria per fotovoltaico
Le batterie accumulano l’energia in eccesso prodotta dal tuo impianto fotovoltaico e la immagazzinano per essere utilizzata di notte o quando non ci sono altre fonti di energia. Questo è un concetto che ben conosciamo, basta pensare alle batterie agli ioni di litio di uno smartphone o tablet.
La capacità della batteria di trattenere l’energia è stimata in amp-ore: 1 ampere erogato per 1 ora = 1 ora
La capacità della batteria è elencata in amp/h ad una data tensione, ad esempio 220 amp-ore a 6 volt. In genere, le batterie ad accumulo del produttore vengono valutate a una velocità di 20 ore:
Una batteria da 220 ampère emetterà 11 amp per 20 ore
Questa valutazione è concepita solo come mezzo per confrontare batterie diverse con lo stesso standard e non deve essere considerata una garanzia di prestazioni. Le batterie sono dispositivi elettrochimici sensibili al clima, alla storia del ciclo di carica / scarica, alla temperatura e all’età. Le prestazioni della batteria dipendono dal clima, dalla posizione, dalla tecnologia e dai modi di utilizzo. Per ogni 1,0 amp-hour che prelevi dalla batteria, dovrai immettere circa 1,25 amp / ore per riportare la batteria allo stato di carica. Questa cifra varia anche in base alla temperatura, al tipo di batteria e all’età.
Tipi di batteria
Diversi prodotti chimici possono essere combinati per produrre batterie. Alcune combinazioni sono a basso costo ma anche a bassa potenza, altre possono immagazzinare enormi potenze a prezzi enormi. Le batterie al piombo acido offrono il miglior equilibrio di capacità per euro ed è una batteria comune utilizzata nei sistemi di alimentazione autonomi. In questa sezione tratteremo le batterie al piombo-acido e quelle aglio ioni di litio.
Batterie al piombo acido
la cella di batteria al piombo-acido è quella che utilizziamo nelle nostre automobili per intenderci. E’ costituita da piastre di piombo positive e negative di diversa composizione sospese in una soluzione di acido solforico chiamata elettrolita. Quando le cellule si scaricano, le molecole di zolfo dall’elettrolita si legano alle piastre di piombo e rilasciano elettroni. Quando la cellula si ricarica, gli elettroni in eccesso tornano all’elettrolito. Una batteria sviluppa tensione da questa reazione chimica. L’elettricità è il flusso di elettroni.
In una tipica batteria al piombo, la tensione è di circa 2 volt per cella, indipendentemente dalle dimensioni della cella. L’elettricità scorre dalla batteria non appena c’è un circuito tra i terminali positivo e negativo. Questo accade quando qualsiasi carico (apparecchio) che ha bisogno di elettricità è collegato alla batteria.
È necessario prestare sempre attenzione e cautela quando si maneggia una batteria. L’uso improprio della batteria può provocare esplosioni. Leggi tutta la documentazione inclusa con la batteria nella sua interezza.
L’assorbimento della maggior parte degli apparecchi elettrici è indicato con Watt – W, un’ unità di misura del consumo di energia per unità di tempo. Il watt è il prodotto della corrente (ampli) moltiplicato per la tensione.
Un amplificatore erogato a 120 volt ha la stessa quantità di wattaggio di 10 ampere erogati a 12 volt. Il watt è indipendente dalla tensione. Per convertire la capacità dell’amp-ore della batteria in watt-ora, moltiplicare le ore-amp la tensione. Il prodotto è in wattora.
Per capire quanta capacità della batteria occorrerà per far funzionare un apparecchio per un dato periodo di tempo, moltiplicare la potenza del dispositivo per il numero di ore in cui verrà eseguito per produrre il watt-ora totale. Quindi dividere per la tensione della batteria per ottenere le ore dell’amp.
Ad esempio, la gestione di una lampadina da 60 watt per un’ora richiede 60 wattora. Se una batteria da 12 volt sta facendo funzionare la luce consumerà 5 amp-ore (60 watt-ore divisi per 12 volt equivalgono a 5 amp-ore)
Come dimensionare le batterie per un impianto fotovoltaico ad accumulo?
Idealmente, una batteria dovrebbe essere dimensionata per poter conservare energia per 5 giorni di autonomia durante le giornate nuvolose. Questo ovviamente se non vogliamo o possiamo accedere ad energia prelevata dalla rete elettrica.
Se il banco della batteria ha una capacità inferiore a 3 giorni, il ciclo andrà in scarica profonda su base regolare e la batteria avrà una vita più breve. Le dimensioni del sistema, le esigenze individuali e le aspettative determineranno la migliore dimensione della batteria per il tuo sistema.
Le batterie sono classificate in base ai loro “cicli”. Le batterie possono avere cicli poco profondi tra il 10% e il 15% della capacità totale della batteria o cicli profondi fino al 50% -80%. Le batterie a ciclo superficiale, come quelle per l’avviamento di un’auto, sono progettate per erogare diverse centinaia di ampere per alcuni secondi, quindi l’alternatore prende il sopravvento e la batteria si ricarica rapidamente.
Le batterie a ciclo continuo forniscono alcuni ampere per centinaia di ore tra una carica e l’altra. Questi due tipi di batterie sono progettati per diverse applicazioni e non devono essere interscambiati. Le batterie a ciclo continuo sono in grado di eseguire molti cicli profondi ripetuti e sono più adatte per i sistemi di energia fotovoltaica.
Tipi di batterie al piombo
Batterie di avviamento – Batterie automobilistiche a ciclo superficiale non adatte ai sistemi fotovoltaici.
RV o Marine “Deep-Cycle” – batterie da 12 volt in genere da 80 e 160 ore di ampere. Un compromesso tra batterie basse e vere deep cycle. L’aspettativa di vita è di circa 2 o 3 anni.
Batterie sigillate– Si tratta di batterie a tenuta stagna che possono funzionare in qualsiasi posizione senza perdite di acido. A causa della costruzione della guarnizione, non è possibile controllare le condizioni della cella con un idrometro. Gli sfiati evitano l’accumulo di pressione in caso di gasazione. Consigliato solo per situazioni in cui l’idrogeno che gassifica durante la ricarica non può essere tollerato, o la batteria si muoverà molto o si adatta in spazi ristretti. Richiede controlli di carica a bassa tensione. La maggior parte delle batterie AGM (tappetino di vetro assorbito) ha un’aspettativa di vita di 2-5 anni e di 5-10 anni per le batterie a celle di gel di qualità superiore. La maggior parte delle batterie sigillate sono AGM.
Vere batterie a ciclo profondo– Le vere batterie a ciclo profondo sono progettate specificamente per l’accumulo di energia e il servizio a ciclo continuo. Tendono ad avere piastre più grandi e più spesse, come mostrato nell’immagine qui sopra. Ideali per i sistemi di energia rinnovabile, le batterie a ciclo continuo resistono alla maggior parte della loro capacità prima di essere ricaricate e sopravvivono a centinaia e persino a migliaia di cicli dell’80%. Si consiglia di utilizzare il 50% come scarica massima normale e lasciare il 30% per le emergenze. Non utilizzare il 20% inferiore, meno è il ciclo della batteria, più a lungo durerà. Disponibile in molti formati e tipi.
Batteri agli ioni di litio
sono quelle comunemente usate nei nostri dispositivi elettronici come smartphone e pc. Presenti già dagli anni 90 sono molto efficienti, piú care, ma leggere e sicure. Tutta la tecnologia che ruota intorno alle batterie agli ioni di litio, ma anche al magnesio, è in continua fase di sviluppo anche per quanto riguarda le applicazioni di auto ecologiche, e in futuro ci si può aspettare un’efficienza ancora più elevata e prestazioni più elevate.
Prezzi
una batteria agli ioni di litio 12V da 300 AH costa circa 3000 euro a questo dobbiamo aggiungere un regolatore di carica ed un inverter, apparecchio che trasforma l’energia elettrica da continua ad alternata. Arriviamo quindi ad un prezzo di circa 4300 euro.
Tesla ha prodotto il suo sistema di batterie per fotovoltaico chiamato Powerwall, disponibile in due tagli da 13,5 kWh e 7 kWh ad un prezzo che si aggira intorno ai 7000 euro. Un po’ meno costano i sistemi di stoccaggio di LG e della tedesca Sonnen.
Il montaggio di un impianto ad accumulo
Il montaggio sopra il tetto dei moduli fotovoltaici è ormai una pratica comune. È semplice nel concetto ed è stato dimostrato a condizione che l’attacco attraverso il tetto tradizionale sia ben eseguito. Una serie di sistemi di telaio standard sono stati provati e, a condizione che siano utilizzati materiali durevoli, hanno avuto successo. Il tempo necessario per installarli varia notevolmente e ha il maggiore impatto sul costo finale del montaggio.
Le staffe di montaggio sono generalmente quelle di maggior successo quando si tratta di prodotti di copertura standard, piuttosto che di articoli speciali realizzati con il fotovoltaico. Dovrebbero essere supporti rigidi progettati piuttosto che il tipo di fissaggio a cinghia flessibile usato a volte il collettore solare termicosupporti.
Le tegole fotovoltaiche sono state prodotte in diversi paesi. Il vantaggio dell’utilizzo di questo prodotto è nell’ integrazione architettonica, utili in case che si trovano in centri storici o in posti dove vige un vincolo paesaggistico. Tuttavia, i coppi fotovoltaici sono componenti di piccole dimensioni e per l’installazione è richiesto un numero elevato; ciò implica che sono necessari un gran numero di interconnessioni e anche un mix di operazioni di costruzione.
Una volta montati i pannelli fotovoltaici in serie o parallelo, essi si collegano al regolatore di carica che poi si connetterà al pacco di batterie e all’inverter che fornirà corrente in alternata. In molti montano le batterie in sottotetti oppure in cantina. Powerwall di Tesla addirittura può essere montata all’ aperto.
Prezzi
Prezzi di un impianto fotoltaico ad accumulo comprensivo di moduli, inverter, staffe, cavi, montaggio, batterie| con batterie piombo acido | con batterie ioni di litio | con batterie ioni di litio ALTA CAPACITA’ | |
|---|---|---|---|
| impianto da 1 Kwp | 2600 euro | 3300 euro | 4000 euro |
| impianto da 2 Kwp | 5000 euro | 6500 euro | 7500 euro |
| impianto da 3 Kwp | 7200 euro | 9500 euro | 11000 euro |
| impianto da 6 Kwp | 11000 euro | 17000 euro | 20000 euro |
Quanto costano le batterie per impianto fotovoltaico
tesla powerwall prezzi :se parliamo di quelle piú costose diciamo subito che la Tesla Powerwall viene venduta ad un prezzo di circa 7000 euro tutto incluso. E’ una batteria da 14 kWh che copre ampiamente le esigenze di un impianto fotovoltaico da 3 Kw. Siamo ad un prezzo di 500 euro per kilowatt, lontani ancora dai 125 come target per diventare una tecnologia alla portata di tutti.
Ovviamente non c’è solo Tesla che produce batterie per sistemi fotovoltaici, si trovano anche a prezzi piú bassi, la forchetta è di 350-700 euro per KW. Un’altra marca che produce questo tipo di prodotti è SONNEN, la casa tedesca realizza sistemi espandibili con potenza compresa tra da 2kWh e 16kWh
La scelta del numero e della potenza delle batterie dipenderà da un certo numero di fattori non solo dalle dimensione dei pannelli e dell’ impianto fotovoltaico. Ad esempio:
- Quale è il carico quotidiano totale da supportare in caso di assenza di energia elettrica? Se non superiamo mai i 2 Kw è una ocsa, se dobbiamo tenere in piedi tnai apparati elettrici arrivando a 4 Kw totali è un altro paio di maniche.
- se usiamo un sistema off grid, ovvero totalmente scollegati dalla rete elettrica, quale è l’insolazione quotidiana in cui il sistema è installato per il mese peggiore o più basso dell’anno.
- Quale sarà la tensione di sistema della batteria
- Che tipo di controller di carica usiamo
- Devono essere usate dove va molto freddo oppure caldo?
Attualmente le batterie piombo acido sono quelle piú economiche da usare. Le stesse utilizzate nei nostri autoveicoli. Sono pesanti, ingombranti e meno efficienti rispetto alle altre. La potenza si esprime in Ah, ovvero si tratta di un’ unità di carica, la quantità di carica di una batteria è quasi proporzionale all’energia stoccata nella stessa.
Batterie ioni di litio
Ad ogni modo l’era della batterie agli ioni di litio sta per giungere al termine. La tecnologia è molto efficiente, il problema è che non c’è parecchio litio disponibile sulla terra per uno sviluppo massiccio. Pensate alle auto elettriche, se diverranno preponderanti come in molti sperano, il litio non basterà.
Le alternative al momento non ci sono. Tanti studi, ma manca ancora tempo per avere un prodotto commerciabile a prezzi abbordabili. Ad esempio ci sono quelle litio-aria che vede ancora la presenza di questo prezioso componente ma con una densità di energia dieci volte superiore a quella degli attuali accumulatori.
Batterie allo zolfo: sulla terra lo zolfo lo troviamo in abbondanza, ha bassi costi e alta capacità di accumulo. “Un tempo questa soluzione era ostacolata dalla dissoluzione dei polisolfuri che ne impediva la completa carica“, sostiene Pier Paolo Prosini responsabile Enea dei sistemi di accumulo energia. “Oggi il problema è stato aggirato ma dobbiamo ricorrere ancora al litio, per cui non se ne esce“.
batterie magnesio e sodio
Sono quindi tornate di moda le batterie agli ioni di sodio, nate insieme a quelle al litio ma poi lo sviluppo è stato abbandonato. Il sodio costa poco ed è abbondante in natura. Il problema è che le prestazioni sono scarse e i cicli di carica garantiti bassi.
Il futuro potrebbe essere rappresentato dalle batterie al magnesio (fonte articolo pubblicato su NATURE) che ha una densità di energia superiore a quelle al litio e costa di meno. Al momento però la carica ci impiega molto piú tempo.
La sostituzione del Litio con il Magnesio più sicuro e abbondante sulla terra ha il vantaggio di raddoppiare la carica totale per ione, determinando una maggiore capacità volumetrica. Ancora più importante, nelle batterie Mg (MB) l’anodo è costituito da un metallo Mg ad alta densità (~ 3.830 Ah l -1 ) che supera notevolmente la densità di energia volumetrica teorica dell’anodo grafico corrente di LIB (~ 700 Ah l -1 ) e persino quella del metallo al litio.
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