Aumenta la domanda di batterie solari per l'accumulo di energia domestica

Immagina questo scenario: mentre la sera cala e la rete elettrica crolla, il tuo quartiere piomba nell'oscurità mentre la tua casa rimane brillantemente illuminata, con gli elettrodomestici che ronzano e i sistemi di intrattenimento che funzionano senza problemi. Questa non è fantascienza: è la realtà resa possibile dalle batterie solari che lavorano in tandem con i sistemi di accumulo di energia.

Le batterie agli ioni di litio, la fonte di alimentazione dietro gli elementi essenziali del 21° secolo come smartphone, laptop e veicoli elettrici, sono ora emerse come la soluzione ideale per l'accumulo di energia solare. Ma come fanno esattamente le batterie solari ad accumulare e rilasciare energia? Quali fattori influenzano le loro prestazioni? Questo articolo esamina l'accumulo di energia residenziale da una prospettiva analitica, esplorando i principi di funzionamento, i modelli applicativi e le strategie di selezione.

La funzione principale delle batterie solari è quella di accumulare l'elettricità in eccesso generata dai pannelli solari per un uso successivo. Ciò garantisce un accesso continuo all'energia pulita anche durante la notte o le giornate nuvolose. Poiché i sistemi solari più accumulo rappresentano investimenti significativi, comprenderne la sinergia è fondamentale.

Quando la luce solare colpisce i pannelli solari, l'effetto fotovoltaico converte la luce in energia elettrica. I pannelli solari generano corrente continua (CC), che corrisponde ai requisiti di ingresso per la ricarica della batteria. Tuttavia, le case e le reti elettriche funzionano con corrente alternata (CA), che richiede la conversione prima dell'uso domestico.

Due configurazioni di sistema primarie gestiscono questa conversione in modo diverso:

• Sistemi accoppiati in CC: La CC solare scorre direttamente nelle batterie per l'accumulo o viene convertita in CA tramite inverter integrati per l'uso domestico immediato.
• Sistemi accoppiati in CA: La CC solare si converte immediatamente in CA tramite inverter solari per l'uso domestico, con l'energia in eccesso riconvertita in CC da inverter per batterie per l'accumulo.

Ogni conversione tra CA e CC comporta una leggera perdita di energia attraverso la dissipazione del calore. I sistemi accoppiati in CC si dimostrano in genere più efficienti riducendo al minimo i passaggi di conversione. Tuttavia, l'adeguamento di batterie accoppiate in CC si rivela impegnativo per i sistemi solari esistenti con microinverter a livello di pannello.

Quando le batterie raggiungono la piena capacità, l'energia solare in eccesso viene in genere immessa nella rete elettrica locale. La maggior parte delle utenze compensa i proprietari di impianti solari per questa elettricità esportata tramite crediti di fatturazione.

Quando la domanda domestica richiede energia accumulata, gli inverter delle batterie convertono la CC in CA, distribuendo l'energia attraverso il quadro elettrico della casa. Le moderne batterie agli ioni di litio possono scaricare l'85-100% della capacità accumulata senza un significativo degrado della durata, sebbene l'efficienza reale tenga conto delle perdite di conversione.

Le batterie solari funzionano principalmente in tre configurazioni: modalità di alimentazione di backup, modalità di autoconsumo o combinazioni ibride. I modelli di utilizzo determinano il comportamento del sistema e le caratteristiche delle prestazioni.

Questa funzione ben nota fornisce alimentazione di emergenza durante le interruzioni di rete. A differenza dei sistemi solari autonomi che si spengono automaticamente durante le interruzioni (per la sicurezza dei lavoratori delle utenze), i sistemi con batteria continuano a funzionare.

I sistemi di backup si collegano in genere a pannelli di carico critici dedicati che danno la priorità ai circuiti essenziali come refrigerazione, illuminazione, dispositivi medici e sistemi di comunicazione durante le interruzioni.

Questa strategia di risparmio sui costi massimizza l'utilizzo dell'energia solare riducendo al minimo l'interazione con la rete, particolarmente preziosa per gli utenti che devono affrontare politiche di misurazione netta sfavorevoli o tariffe a tempo. A differenza dei sistemi di backup che mantengono la carica completa, le batterie di autoconsumo si caricano quotidianamente, caricandosi dall'eccesso solare e scaricandosi durante i periodi di picco della domanda.

Alcuni sistemi combinano entrambe le funzionalità, sebbene con compromessi operativi. I modelli di autoconsumo in genere mantengono stati di carica inferiori, richiedendo il passaggio manuale alla modalità di backup quando si prevedono interruzioni dovute a eventi meteorologici estremi.

Le batterie solari agli ioni di litio funzionano sugli stessi principi elettrochimici delle loro controparti più piccole nell'elettronica di consumo. All'interno di ogni cella della batteria, gli ioni di litio si spostano tra anodi negativi e catodi positivi attraverso membrane elettrolitiche, rilasciando elettroni che generano corrente elettrica.

Durante la scarica, gli ioni fluiscono dall'anodo al catodo mentre gli elettroni alimentano i dispositivi esterni. La ricarica inverte questo processo, con l'energia solare che forza gli ioni a tornare all'anodo per ripristinare il potenziale energetico. Le varianti comuni agli ioni di litio includono le chimiche al litio nichel manganese cobalto (NMC) e al litio ferro fosfato (LFP), che differiscono nella composizione del catodo.

• Le batterie domestiche consentono l'accumulo strategico di energia solare per un utilizzo flessibile
• Le modalità operative determinano i modelli di carica/scarica e le priorità del sistema
• La tecnologia agli ioni di litio sfrutta le reazioni elettrochimiche per un efficiente accumulo di energia

Accumulano la produzione solare in eccesso per un uso successivo, sia per il backup di emergenza durante le interruzioni che per il risparmio sui costi giornalieri attraverso l'autoconsumo strategico.

I sistemi collegati alla rete in genere esportano l'eccedenza alla rete di utenza in cambio di crediti di fatturazione.

La durata dipende dalla capacità della batteria e dai requisiti di carico. La ricerca indica che un sistema da 10 kWh può in genere sostenere carichi critici (escluso l'HVAC) per almeno tre giorni.