Accumulatori a batteria

Si tratta di un dispositivo di accumulo dell'elettricità che, ad esempio, viene prodotta da un impianto fotovoltaico. Nella maggior parte dei casi, il componente principale dei sistemi di accumulo attuali è una batteria ricaricabile (anche chiamata accumulatore). Questa batteria si ricarica quando l'impianto fotovoltaico produce più elettricità di quella simultaneamente necessaria nell'edificio, e si scarica quando il fabbisogno di elettricità è superiore alla produzione dell'impianto. Un sistema di accumulo consente di aumentare il grado di autoconsumo fino al 90%. La quota effettiva di autoconsumo può tuttavia variare notevolmente in quanto dipende da diversi fattori, quali il profilo di carica e le dimensioni dell'accumulatore.

Alcuni Cantoni (p.es. Turgovia et Appenzello esterno), alcuni Comuni (p. es. Will) e alcuni fornitori di energia mettono a disposizione degli incentivi. In ogni caso, conviene rivolgersi direttamente al Comuno o all'Ufficio cantonale dell'energia per sapere quali sovvenzioni sono disponibili.

Al giorno d'oggi gli accumulatori di elettricità prevedono anche una funzione di alimentazione di emergenza. Tuttavia, occorre distinguere tra i sistemi che, ad esempio, prevedono una presa attraverso la quale i singoli consumatori possono allacciarsi direttamente all'accumulatore/inverter in caso di guasto alla rete elettrica. Alcuni fabbricanti offrono anche una vera e propria funzione di emergenza che garantisce l'alimentazione diretta di tutte le fasi della rete elettrica domestica, consentendo agli apparecchi domestici di continuare a funzionare come di consueto anche in caso di blackout. Ciò richiede l'installazione di una disinserzione automatica a tutti i poli che, in caso di guasto, disconnette direttamente la rete domestica dalla rete elettrica e predispone una rete in isola.

I costi d'investimento per i sistemi di accumulo dell'elettricità dovrebbero in linea di principio sempre poter essere dedotti se l'accumulatore è installato assieme ad un impianto solare, allo stesso modo che un bollitore può essere dedotto se utilizzato a scopo termico. Tuttavia, in molti Cantoni questa prassi non è ancora consolidata e la richiesta di deduzione potrebbe venir rifiutata.

Un ciclo completo significa che l'accumulatore è stato interamente scaricato e caricato in totale una volta. Ciò si può fare scaricando completamente una volta fino allo stato di carica minimo ammissibile e caricando in seguito fino al 100%, oppure per esempio scaricando e caricando due volte con il 50% della capacità massima di accumulo. I cicli di scarica e di carica incompleti sono chiamati cicli parziali. I cicli parziali possono essere aggiunti al numero di cicli e combinati in cicli completi.

Un sistema di accumulo a batteria, compresi inverter e installazione, costa oggi tra 1'000 e 2'500 CHF/kWh a seconda della capacità di accumulo. I sistemi di accumulo a batteria possono essere gestiti in modo redditizio in caso di elevati costi di approvvigionamento elettrico, tariffe dell'elettricità elevate e tariffe di ripresa basse. Eventuali incentivi e la deducibilità fiscale migliorano ulteriormente l'economicità.

Per l'accumulo di energia solare esistono diversi tipi di batterie. Gli accumulatori più utilizzati sono le batterie agli ioni di litio. Le batterie al piombo-acido/gel sono nettamente più economiche ma stanno perdendo sempre più importanza a causa della loro potenza e densità energetica inferiore. Gli accumulatori si differenziano dalle seguenti caratteristiche: Accumulatori agli ioni di litio Gli accumulatori agli ioni di litio sono caratterizzati da densità energetiche e di potenza elevate, da una grande stabilità dei cicli e da una resa elevata. Sono adatti a quasi tutte le applicazioni e rappresentano la tecnologia dominante e più avanzata nell'ambito delle applicazioni mobili (p. es. smartphones, veicoli elettrici) e stazionarie relative al fotovoltaico. Ne esistono di diversi tipi (litio-manganese, diossido di cobalto, fosfato di ferro, titanato, ecc.). Accumulatori al piombo-acido Gli accumulatori al piombo sono i dispositivi di immagazzinamento dell'elettricità più importanti al mondo in termini di capacità installata (tutte le applicazioni, ad esempio alimentazioni di emergenza, batterie di avviamento per motori a combustione). Essi sono anche in gran parte riciclabili. Sono meno costosi delle batterie agli ioni di litio, ma presentano altri svantaggi, quali una resa minore e una minore stabilità dei cicli. Accumulatori redox al vanadio Negli accumulatori redox al vanadio gli elettroliti si trovano in serbatori esterni. L'energia e la potenza sono quindi modulabili in modo indipendente. Finora questa tecnologia non è molto diffusa, ma ha un potenziale per gli impianti di medie e grandi dimensioni. Batterie al sale o ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activities) Questa tecnologia utilizza elettroliti solidi e elettrodi solidi-liquidi. Per il suo funzionamento sono necessarie temperature elevate (ca. 270-350 °C). Si tratta di una batteria molto ecologica, in quanto è facile da riciclare e non contiene praticamente nessuna sostanza critica. Questa tecnologia non è ancora molto diffusa e attualmente viene utilizzata principalmente nell'ambito di progetti pilota. Batterie all'acqua salata Più usate delle batterie al sale, le batterie all'acqua salata sono disponibili anche come prodotto di massa. La tecnologia è matura e riciclabile al 100%. La batteria non è infiammabile, contiene materiali ecologici e ha una lunga durata di vita. Tuttavia, la densità energetica è molto più bassa rispetto agli accumulatori agli ioni di litio. A titolo di confronto, la batteria raggiunge da 12 a 24 wattora per litro, mentre le variantii agli ioni di litio raggiungono i 500 wattora per litro. Di conseguenza, ciò significa che a parità di prestazioni una batteria ad acqua salata richiede più volume rispetto ad una variante al litio, ma può essere installata in qualsiasi normale locale caldaia. D'altra parte, questa batteria è più adatta a processi di carica uniformi.

Gli accumulatori di elettricità con batterie agli ioni di litio sono concepiti per una durata di vita dai 10 ai 20 anni e oltre. Una lunga durata di vita è ottenuta grazie all'utilizzo di componenti industriali di alta qualità e di sistemi sofisticati di gestione della batteria (BMS). I produttori di unità di accumulo d'energia con batterie agli ioni di litio concedono generalmente una garanzia sugli elementi utilizzati tra i 7 e i 10 anni. Inoltre, numerosi produttori garantiscono un certo numero di cicli di carica.

Gli accumulatori di energia devono essere installati correttamente e utilizzati conformemente alle istruzioni del produttore. Le esigenze normative devono naturalmente essere tenute in considerazione (NIBT 2020, SNR 460712:2018 Sistemi stazionari di accumulo dell'elettricità).

Sistemi in corrente continua La batteria è connessa al lato in corrente continua (DC) dell'inverter. Si parla spesso di "inverter ibrido" poiché i moduli fotovoltaici e le batterie possono essere connessi allo stesso apparecchio. Ciò semplifica il sistema per l'utente, consente di ridurre i costi e di ottenere un punteggio di efficienza maggiore. D'altra parte, l'impianto è meno flessibile nel caso in cui l'impianto fotovoltaico dovesse essere modificato o ampliato. Sistemi in corrente alternata La batteria è connessa al lato in corrente alternata (AC) dell'inverter. L'impianto fotovoltaico e il sistema di batterie sono modulari e possono essere sostituiti indipendentemente l'uno dall'altro. Ciò rappresenta un grande vantaggio se il sistema di accumulo deve essere installato a posteriori. D'altra parta, le sinergie con l'impianto fotovoltaico sono leggermente meno importanti rispetto ad un sistema in corrente continua, e ciò si rispecchia nei costi e nell'efficienza. Sistemi ibridi Le unità di accumulo ibride combinano sistemi accoppiati in corrente alternata e in corrente continua, ciò significa che nessun inverter supplementare è necessario e che l'unità di accumulo può funzionare sia come fonte di corrente alternata che di corrente continua. I nuovi e i vecchi impianti fotovoltaici possono essere allacciati all'accumulatore.

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I primi successi sono stati annunciati nel riciclaggio delle batterie agli ioni di litio. Alcune aziende come, ad esempio, Redux Recycling GmbH e librec, hanno raggiunto tassi di recupero fino al 70%, vale a dire che il 70% delle materie prime può essere riutilizzato. Tuttavia, le condizioni di estrazione del litio, che possono causare penuria d'acqua nelle zone interessate, devono essere considerate con un occhio critico. Un'attività di estrazione più rispettosa dell'ambiente potrebbe essere avviate nelle montagne dell'Erzgebirge in Germania. Anche le condizioni di estrazione del cobalto sono molto critiche. Due terzi dell'estrazione avviene in Congo attraverso il lavoro minorile. Un migliore tasso di riciclaggio nei prossimi anni e quindi un utilizzo più efficiente del litio e l'abbandono del cobalto permetterebbero di ridurre l'impatto ambientale. Nel caso degli accumulatori al piombo, il riciclaggio è una pratica stabili da anni. Per quanto riguarda le batterie al sale, praticamente non ci sono componenti nocivi per l'ambiente. In Svizzera il riciclaggio della unità di accumulo dell'elettricità è gestito da INOBAT.

Le batterie funzionano con il principio delle pile ricaricabili, come le batterie dei telefoni cellulari . In combinazione con un impianto fotovoltaico, le batterie vengono ricaricate soprattutto con l'elettricità autoprodotta in esubero. Durante la carica della batteria, l'energia elettrica viene convertita in energia chimica e rimane immagazzinata fino a che la batteria si scarica. Durante la scarica, l'energia chimica accumulata è riconvertita in energia elettrica e liberata sotto forma di corrente elettrica. Il sistema di gestione delle batterie (BMS) che controlla i processi di carica e scarica è un elemento fondamentale dell'accumulo a batterie.

La dimensione dell'accumulatore può essere stimata grazie a due regole empiriche (fonte: Scheda fotovoltaico No. 13): 1. Adeguare le dimensioni della batteria all'impianto FV Formula: Potenza impianto FV (kWp) x 1.5 ≙ capacità dell'accumulatore (kWh) Esempio: Per un impianto fotovoltaico da 6 kWp va installato un accumulatore da 9 kWh. 2. Adeguare la batteria al consumo di elettricità Formula: Consumo annuo di elettricità (kWh) / (2*365) ≙ capacità dell'accumulatore (kWh) Esempio: Nucleo familiare con 6000 kWh di consumo annuo di elettricità diviso per il numero di mezze giornate all’anno (2*365) = un accumulatore con una capacità di 8.2 kWh.

Le schede tecniche dei vari produttori sono spessi difficili da confrontare. Swissolar raccomanda pertanto di far capo a confronti indipendenti dei sistemi di accumulo. In particolare, il servizio di ispezione dell'accumulo di elettricità dell'HTW Berlin permette un migliore confronto dei sistemi di accumulo fotovoltaici disponibili sul mercato. L'obiettivo principale di questo studio era quello di esaminare i dati relativi alla capacità e all'efficienza di 60 fabbricanti di accumulatori. Inoltre, Scheda fotovoltaico No. 13 da Swissolar vi supporta nel confronto.