Batteria di accumulo dell'energia

Come funzionano le batterie agli ioni di litio?

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Se state cercando la risposta alla domanda "Come funzionano le batterie solari?", questo articolo vi spiegherà cos'è una batteria solare, la scienza delle batterie solari, come funzionano le batterie solari con un sistema di energia solare e i vantaggi generali dell'utilizzo delle batterie solari.

Una batteria solare può essere un'aggiunta importante al vostro sistema di energia solare. Consente di immagazzinare l'elettricità in eccesso da utilizzare quando i pannelli solari non generano abbastanza energia e offre più opzioni per l'alimentazione della casa.

Qui di seguito vi spieghiamo come funzionano i sistemi di accumulo di energia con l'energia solare e cosa significa per i risultati che potete aspettarvi dal vostro sistema di accumulo. Inoltre, diamo uno sguardo più tecnico a ciò che accade esattamente all'interno della batteria per immagazzinare l'energia.

Che cos'è una batteria solare?

Iniziamo con una semplice risposta alla domanda: "Che cos'è una batteria solare?":

A batteria solare È un dispositivo che si può aggiungere al sistema di energia solare per immagazzinare l'elettricità in eccesso generata dai pannelli solari. È quindi possibile utilizzare l'energia immagazzinata per alimentare la casa nei momenti in cui i pannelli solari non generano abbastanza elettricità, come le notti, le giornate nuvolose e durante le interruzioni di corrente.

Lo scopo di una batteria solare è quello di aiutarvi a utilizzare maggiormente l'energia solare che state creando. Se non si dispone di una batteria di accumulo, l'elettricità in eccesso prodotta dall'energia solare va alla rete, il che significa che si sta generando energia e la si fornisce ad altre persone senza sfruttare appieno l'elettricità creata dai pannelli.

Una panoramica sul funzionamento delle batterie solari passo dopo passo

Al massimo livello, le batterie solari immagazzinano energia per un uso successivo. Se avete un sistema di pannelli solari domestici, ci sono alcuni passaggi generali da comprendere:

  • I pannelli solari generano elettricità dal sole
  • L'elettricità in corrente continua (DC) passa attraverso un inverter per generare elettricità in corrente alternata (AC).
  • La corrente alternata alimenta gli elettrodomestici
  • L'elettricità in più non utilizzata dagli elettrodomestici carica le batterie.
  • Quando il sole tramonta, gli elettrodomestici sono alimentati dall'energia accumulata nella batteria.

La scienza delle batterie solari

Le batterie agli ioni di litio sono la forma più diffusa di batterie solari attualmente sul mercato. Si tratta della stessa tecnologia utilizzata per gli smartphone e per altre batterie ad alta tecnologia.

Le batterie agli ioni di litio funzionano attraverso una reazione chimica che immagazzina energia chimica prima di convertirla in energia elettrica. La reazione avviene quando gli ioni di litio rilasciano elettroni liberi, che passano dall'anodo a carica negativa al catodo a carica positiva.

Questo movimento è incoraggiato e potenziato dall'elettrolito di sale di litio, un liquido all'interno della batteria che bilancia la reazione fornendo gli ioni positivi necessari. Questo flusso di elettroni liberi crea la corrente necessaria per l'utilizzo dell'elettricità.

Quando si preleva elettricità dalla batteria, gli ioni di litio tornano indietro attraverso l'elettrolita fino all'elettrodo positivo. Allo stesso tempo, gli elettroni si spostano dall'elettrodo negativo a quello positivo attraverso il circuito esterno, alimentando il dispositivo collegato.

Le batterie di accumulo di energia solare domestica combinano più celle di batterie agli ioni con un'elettronica sofisticata che regola le prestazioni e la sicurezza dell'intero sistema di batterie solari. Le batterie solari funzionano quindi come batterie ricaricabili che utilizzano l'energia del sole come input iniziale per avviare l'intero processo di creazione della corrente elettrica.

Come funziona una batteria solare con i pannelli solari?

In una tipica abitazione con pannelli solari, parte o tutto il consumo energetico può provenire dalla generazione solare quando il sole splende durante il giorno. L'energia solare generata in eccesso (e non utilizzata) viene esportata alla rete in cambio di una tariffa di immissione in rete (FiT) che viene accreditata in bolletta (ma questo pagamento dipende dal piano energetico che si sta seguendo). La tariffa di immissione in rete è diminuita nel tempo. Ciò significa che può essere più conveniente immagazzinare l'energia per un uso futuro invece di esportarla in rete. È qui che entra in gioco una batteria solare.

Quando si aggiunge una batteria a un sistema solare domestico esistente, l'energia solare in eccesso non utilizzata durante il giorno può essere utilizzata per caricare la batteria. L'energia immagazzinata nella batteria solare può essere utilizzata per alimentare la casa, per usi futuri. L'energia immagazzinata è particolarmente utile quando i pannelli solari non producono abbastanza e si deve fare affidamento sull'energia della rete. Inoltre, si rivela molto utile durante i rari blackout, aiutandovi a mantenere le luci accese.

Di seguito, abbiamo elencato come funzionerebbe l'accumulo di batterie durante il giorno e la notte:

Durante il giorno

  • I pannelli solari assorbono la luce solare (raggi UV)
  • L'energia solare viaggia sotto forma di corrente continua (DC) attraverso l'inverter solare, in modo da poter essere convertita in corrente alternata (AC) che viene utilizzata dagli elettrodomestici.
  • Il quadro di comando indirizza l'energia solare dove è necessaria. Alimenterà gli elettrodomestici della casa, quindi indirizzerà l'energia in eccesso all'inverter della batteria.
  • L'inverter della batteria converte l'energia in eccesso catturata in una forma di energia che può essere immagazzinata.
  • La batteria immagazzina l'energia in eccesso per utilizzarla nei periodi di picco o quando il sole tramonta.

Di notte

  • I pannelli solari smetteranno di generare energia, consentendo alla famiglia di passare all'energia accumulata dalle batterie.
  • La batteria invia l'energia in eccesso accumulata all'inverter della batteria.
  • L'inverter converte l'energia immagazzinata nella batteria in energia a corrente continua (DC) per gli elettrodomestici.
  • Il quadro di comando indirizzerà l'energia in corrente continua agli apparecchi prescelti
  • Quando la carica della batteria si esaurisce, la rete interviene e la sostituisce per continuare a fornire energia agli apparecchi.

Come funzionano le batterie solari con un sistema di energia solare

L'intero processo inizia con la generazione di energia da parte dei pannelli solari sul tetto. Ecco una descrizione passo per passo di ciò che accade con un sistema accoppiato in corrente continua:

  • La luce del sole colpisce i pannelli solari e l'energia viene convertita in corrente continua.
  • L'elettricità entra nella batteria e viene immagazzinata sotto forma di corrente continua.
  • L'elettricità CC lascia la batteria ed entra in un inverter per essere convertita in elettricità CA utilizzabile dall'abitazione.

Il processo è leggermente diverso con un sistema accoppiato in CA.

  • La luce del sole colpisce i pannelli solari e l'energia viene convertita in corrente continua.
  • L'elettricità entra nell'inverter per essere convertita in elettricità alternata utilizzabile dall'abitazione.
  • L'elettricità in eccesso passa quindi attraverso un altro inverter per trasformarsi nuovamente in elettricità CC che può essere immagazzinata in seguito.
  • Se l'abitazione ha bisogno di utilizzare l'energia immagazzinata nella batteria, l'elettricità deve passare nuovamente attraverso l'inverter per diventare elettricità CA.

Come funzionano le batterie solari con un inverter ibrido

Se si dispone di un inverter ibrido, un unico dispositivo è in grado di convertire l'elettricità CC in elettricità CA e di convertire l'elettricità CA in elettricità CC. Di conseguenza, nel vostro sistema fotovoltaico (PV) non avrete bisogno di due inverter: uno per convertire l'elettricità dai pannelli solari (inverter solare) e un altro per convertire l'elettricità dalla batteria solare (inverter della batteria).

Conosciuto anche come inverter a batteria o inverter ibrido grid-tied, l'inverter ibrido combina un inverter a batteria e un inverter solare in un'unica apparecchiatura. Elimina la necessità di avere due inverter separati nella stessa configurazione, funzionando come inverter sia per l'elettricità proveniente dalla batteria solare che per quella proveniente dai pannelli solari.

Gli inverter ibridi sono sempre più diffusi perché funzionano con e senza batterie di accumulo. È possibile installare un inverter ibrido nel proprio impianto solare senza batterie durante l'installazione iniziale, con la possibilità di aggiungere l'accumulo di energia solare in seguito.

Cosa si ottiene con un sistema solare e di accumulo

Quando installate una batteria con il vostro sistema di pannelli solari, avrete la possibilità di attingere dalla rete o dalla vostra batteria, quando è carica. Questo ha due importanti implicazioni:

Le batterie forniscono energia di riserva

Anche se sarete comunque collegati alla rete, potrete operare "off-grid", poiché l'accoppiamento di energia solare e accumulo creerà una piccola isola energetica nella vostra casa. In questo modo, in caso di interruzione dell'energia, dovuta a condizioni meteorologiche estreme o all'interruzione del servizio, sarete comunque in grado di tenere accese le luci.

Due cose da notare sull'alimentazione di riserva. In primo luogo, se avete solo un sistema di pannelli solari senza batteria, non avrete energia in caso di interruzione, anche se è una giornata di sole. Questo perché il sistema di pannelli solari si spegne in caso di interruzione di corrente, in modo da non inviare elettricità alle linee di trasmissione mentre gli operatori del servizio pubblico stanno cercando di ripararle, il che rappresenterebbe un rischio per la sicurezza.

In secondo luogo, la maggior parte delle batterie fornisce energia di backup solo per una parte, non per tutta la casa. A meno che non si installi anche un pannello elettrico intelligente con la batteria (che è un ottimo modo per ottenere il massimo da un sistema di accumulo), la maggior parte delle installazioni di batterie richiederà di selezionare le parti della casa che si desidera alimentare con la batteria, e di tirare quei carichi su un pannello di carico critico. Tuttavia, molte batterie possono essere "impilate", cioè si possono aggiungere altre batterie fino a raggiungere la capacità di accumulo desiderata. Sebbene sia possibile ottenere un backup dell'intera abitazione, l'acquisto di un numero sufficiente di batterie per fornire tale livello di backup può risultare proibitivo.

Le batterie possono aiutarvi a evitare tariffe elevate

Consentendo di attingere dalla batteria anziché dalla rete elettrica, l'abbinamento di un sistema di accumulo con i pannelli solari può aiutarvi a evitare le tariffe elevate delle utenze. Le batterie possono farlo in due modi. In primo luogo, se si applica una tariffa a tempo o un'altra tariffa variabile nel tempo, si può attingere dalla batteria nei momenti in cui l'azienda elettrica fa pagare di più l'elettricità, cioè durante le ore di punta. In secondo luogo, se avete una tariffa con un costo di domanda, più tipica delle aziende commerciali e industriali che dei proprietari di casa, una batteria può aiutarvi a ridurre il costo di domanda ogni mese, il che rappresenta un notevole vantaggio finanziario.

Come funzionano le batterie agli ioni di litio

Il tipo di batteria più tipico oggi sul mercato per l'accumulo di energia domestica è la batteria agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di litio alimentano tutti i tipi di apparecchi di uso quotidiano, dai telefoni cellulari alle automobili, quindi si tratta di una tecnologia sicura e ben conosciuta.

Le batterie agli ioni di litio sono così chiamate perché funzionano spostando gli ioni di litio attraverso un elettrolita all'interno della batteria. Poiché gli ioni sono particelle che hanno guadagnato o perso un elettrone, lo spostamento degli ioni di litio da un anodo a un catodo produce elettroni liberi, cioè elettroni che sono stati rilasciati dagli atomi di litio. L'accumulo di questi elettroni liberi è il modo in cui le batterie si caricano e immagazzinano l'elettricità. Quando si scarica l'elettricità immagazzinata nella batteria, il flusso di ioni di litio viene invertito, il che significa che il processo è ripetibile: è possibile caricare e scaricare le batterie agli ioni di litio centinaia o addirittura migliaia di volte.

Le batterie agli ioni di litio utilizzate nei sistemi di accumulo di energia domestici combinano più celle di batterie agli ioni di litio con una complessa elettronica di potenza che controlla le prestazioni e la sicurezza dell'intero sistema di batterie. Esistono diversi tipi di batterie agli ioni di litio che utilizzano sostanze chimiche leggermente diverse per offrire diverse caratteristiche, da una maggiore densità di potenza a una maggiore durata.

In particolare, le batterie agli ioni di litio non sono l'unico tipo di batteria utilizzato nelle applicazioni di accumulo di energia a livello domestico, aziendale o di utility. Gli altri tipi di batterie immagazzinano l'energia attraverso meccanismi simili, con una serie di pro e contro completamente diversi.

Vantaggi dell'accumulo solare a batteria

L'aggiunta di batterie di backup per i pannelli solari è un ottimo modo per assicurarsi di ottenere il massimo dal proprio sistema di energia solare. Ecco alcuni dei principali vantaggi di un sistema di accumulo a batteria per uso domestico:

Stoccaggi Generazione di energia elettrica in eccesso

Il vostro sistema di pannelli solari può spesso produrre più energia di quella necessaria, soprattutto nelle giornate di sole quando non c'è nessuno in casa. Se non si dispone di batterie di accumulo per l'energia solare, l'energia in più viene inviata alla rete. Se partecipate a un programma di misurazione netta, potete ottenere un credito per la produzione extra, ma di solito non si tratta di un rapporto 1:1 per l'elettricità generata.

Con l'accumulo a batteria, l'elettricità in più si carica nella batteria per un uso successivo, invece di andare alla rete. L'energia accumulata può essere utilizzata nei periodi di minore produzione, riducendo così la dipendenza dalla rete elettrica.

Fornisce sollievo dalle interruzioni di corrente

Poiché le batterie sono in grado di immagazzinare l'energia in eccesso prodotta dai pannelli solari, la vostra casa avrà a disposizione elettricità durante le interruzioni di corrente e in altri momenti in cui la rete elettrica non funziona.

Riduce l'impronta di carbonio

Con l'accumulo di batterie per pannelli solari, potete diventare ecologici sfruttando al massimo l'energia pulita prodotta dal vostro sistema di pannelli solari. Se l'energia non viene immagazzinata, quando i pannelli solari non producono abbastanza per le vostre esigenze, dovrete fare affidamento sulla rete elettrica. Tuttavia, la maggior parte dell'elettricità di rete è prodotta con combustibili fossili, quindi è probabile che si utilizzi energia sporca quando si attinge alla rete.

Fornisce elettricità anche dopo il tramonto del sole

Quando il sole tramonta e i pannelli solari non generano elettricità, la rete elettrica interviene per fornire l'energia necessaria se non si dispone di una batteria di accumulo. Con una batteria solare, potrete utilizzare una maggiore quantità di elettricità solare durante la notte, ottenendo una maggiore indipendenza energetica e aiutandovi a mantenere bassa la bolletta elettrica.

Una soluzione silenziosa per le esigenze di alimentazione di backup

La batteria solare è un'opzione di accumulo di energia di riserva 100% silenziosa. Si può beneficiare di un'energia pulita che non richiede manutenzione e non si deve fare i conti con il rumore prodotto da un generatore di riserva alimentato a gas.

Domande frequenti

Cosa succede all'energia solare quando le batterie sono piene?

In questo caso, l'energia solare generata in eccesso non viene immagazzinata nelle batterie, ma viene inviata alla rete elettrica o sprecata. Nel caso di un impianto solare collegato alla rete, l'energia solare in eccesso può essere rimandata alla rete per essere utilizzata da altri consumatori.

Quanto dura una batteria solare?

tra i 5 e i 25 anni

In media, le batterie solari durano dai 5 ai 25 anni. Le batterie agli ioni di litio sono il tipo di batteria solare più diffuso e hanno una durata fino a 15 anni. Alcuni fattori che influiscono sulla longevità di una batteria solare sono il tipo di batteria, l'installazione, la profondità di scarica, la durata del ciclo, l'ambiente e la manutenzione.

Quanto dura una batteria solare completamente carica?

Per quanto tempo una batteria solare può alimentare una casa? Senza corrente alternata o riscaldamento elettrico, una batteria da 10 kWh è in grado di alimentare le operazioni di base di una casa per almeno 24 ore, e anche di più con un'attenta pianificazione.

Le batterie solari devono essere caricate a 100%?

La batteria può essere caricata fino a 100% se il carico richiede un aumento di tensione per un breve periodo di tempo. L'intervallo tra 40% e 80% è l'intervallo più stabile (circa 0,5 Volt di caduta). Ciò significa che in questo intervallo la batteria si scarica lentamente e produce la tensione di uscita nominale.

Le batterie solari si ricaricano da sole?

L'aspetto migliore delle batterie solari è che non richiedono elettricità o altre fonti esterne per essere caricate, a differenza delle normali batterie ricaricabili. Le batterie solari possono essere caricate con l'aiuto dei raggi del sole, e questo è uno dei motivi per cui queste batterie sono così popolari tra la gente.

Le batterie solari si caricano di notte?

I pannelli solari lavorano duramente tutto il giorno per produrre elettricità dal sole. Anche di notte supportano soluzioni sostenibili di energia solare. È possibile continuare a beneficiare della loro produzione di energia anche dopo il tramonto grazie al net metering e all'accumulo di batterie solari. Quindi, alla domanda: come funzionano i pannelli solari di notte?

Come si controlla la durata della batteria solare?

Il primo modo per farlo è il più semplice: prima di tutto, caricare completamente le batterie a ciclo profondo del vostro banco di batterie solari. Quindi, controllate la tensione di ogni batteria con un multimetro e annotate ogni livello, poi lasciatele per qualche giorno senza collegarle a nessun pannello solare.

Quali sono le cause dei guasti alle batterie solari?

Circa 80% dei guasti sono causati dalla solfatazione, un processo in cui i cristalli di zolfo si formano sulle piastre di piombo della batteria e impediscono lo svolgimento delle reazioni chimiche. La solfatazione si verifica quando la batteria ha un basso livello di carica o di elettrolito.

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