Premessa

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
eccesso verso le ore di consumo non coperte direttamente dalla generazione
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’autonomia energetica (in inglese self-sufficiency ratio),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

autonomia (%) = (consumo totale − prelievo da rete) / consumo totale × 100

In letteratura, valori di autonomia residenziale italiana con accumulo dimensionato
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(cfr. studi RSE 2022; Quoilin et al., 2016). Questa nota presenta
i risultati di un monitoraggio interno su un campione di impianti residenziali
con batteria al sodio Heiwit, mostrando una distribuzione concentrata su
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Metodologia

I dati provengono dalla piattaforma di monitoraggio Heiwit, che acquisisce
con cadenza minuto-per-minuto le grandezze elettriche degli impianti connessi.
Per il presente studio sono state aggregate, ora per ora, le seguenti
grandezze cumulative dei contatori interni inverter su una finestra mobile
di 60 giorni:

• energia prodotta dal generatore fotovoltaico;
• energia ceduta alla rete (output);
• energia prelevata dalla rete (input);
• energia transitata in carica e scarica della batteria.

Sono stati esclusi gli impianti privi di una serie temporale completa
sul periodo (impianti installati da meno di 30 giorni o con interruzioni
di comunicazione superiori al 15% del tempo). Sono inoltre stati segregati
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
risultare sottostimata per via del curtailment imposto dall’inverter
in attesa dell’autorizzazione di connessione alla rete: per questi sistemi
l’autonomia è comunque calcolabile, ma con la consapevolezza che si tratta
di una stima conservativa rispetto al regime operativo definitivo.

Tutti gli impianti del campione sono dotati di accumulo agli ioni di sodio
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
monitoraggio in continuo dei principali parametri di salute della batteria
(SoH, ciclaggio, temperatura cella).

Risultati

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, con un range osservato dal 23% al 98%. La distribuzione
è marcatamente sbilanciata verso valori alti, con la grande maggioranza degli
impianti compresa tra l’80% e il 95%.

Il dato che emerge con maggiore evidenza è la concentrazione di oltre il
68% del parco al di sopra dell’80% di autonomia, un livello
generalmente associato in letteratura a configurazioni accumulate
sovradimensionate o a profili di consumo molto regolari. La constatazione
che un campione operativo eterogeneo (carichi diversi, esposizioni diverse,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
standard merita un approfondimento sui meccanismi che lo rendono possibile.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Le batterie agli ioni di sodio basate su catodi a strati o polianioni
(NFPP) presentano una curva di tensione di scarica
sostanzialmente piatta in un ampio intervallo di stato di carica
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
fosfato (LFP), che pure ha un plateau ampio ma chiude la finestra utile
qualche punto percentuale prima sui due estremi. In pratica significa
che la potenza erogabile dalla batteria al sodio resta nominale fino a
stati di carica molto bassi, senza che il BMS imponga derating o tagli
precoci di scarica.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
effettivamente sfruttata superiore di alcuni punti percentuali rispetto
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
di carico residenziale tipico, questi punti aggiuntivi spostano il
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
registrata.

Comportamento termico

Una seconda caratteristica della chimica al sodio osservata nei dati di
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
di esercizio. Mentre per le chimiche al litio la potenza disponibile in
scarica scende sensibilmente sotto i +5 °C e in carica viene
tipicamente limitata sotto 0 °C, sui pacchi Na-ion del campione la
potenza nominale di scarica si è mantenuta costante anche sui dataset
acquisiti in installazioni nord-italiane durante i mesi invernali, con
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Questa flatness termica ha un effetto pratico significativo
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
tipicamente concentrato (acqua calda, cottura, riscaldamento elettrico
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
di erogare alla potenza richiesta dal carico anche se il vano tecnico
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
rete che con altre chimiche sarebbe inevitabile.

Discussione

Il fattore principale che spiega l’elevata autonomia osservata, nel campione
analizzato, è la combinazione di tre elementi tipici della tecnologia al sodio:

1. Finestra utile estesa di SoC: la curva di tensione piatta
   permette di operare in scarica fino a stati molto bassi senza derating,
   aumentando il DoD effettivamente sfruttato in ciclaggio quotidiano.
2. Indipendenza dalla temperatura: la potenza nominale
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   eliminando i derating tipici delle chimiche al litio nei mesi freddi
   e sostenendo i picchi di carico mattutini.
3. Risposta dinamica dei pacchi e del BMS: la latenza
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   sui sistemi monitorati, condizione che minimizza la frazione di consumo
   coperta dalla rete in transitorio.

A questi fattori intrinseci si aggiunge un fattore sistemico: la
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
effetti accelerativi sul degrado calendario e ciclico. Le evidenze
sperimentali pubblicate sui catodi NFPP e su catodi di tipo Prussian
White (cfr. Hwang et al., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz et al., J. Phys. Energy 2021) indicano una
finestra di stress chimico ampia, coerente con il fatto che, nei nostri
dati, gli impianti operativi da oltre 12 mesi non mostrano deviazioni
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Limiti dello studio

I risultati qui presentati sono indicativi di un parco residenziale
italiano e non vanno generalizzati a profili di consumo diversi (commerciale,
industriale leggero, off-grid). La finestra di osservazione di 60 giorni
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
semestre estivo e invernale, dove ci aspettiamo una contrazione
controllata della metrica nei mesi freddi (per via del minor irraggiamento,
non per limiti tecnologici della batteria).

Va inoltre osservato che una quota non trascurabile del parco analizzato
è in regime “Zero Export” in attesa di autorizzazione di connessione
definitiva, condizione in cui l’inverter limita la produzione PV. Per
questi impianti la metrica di autonomia è una sottostima rispetto al
regime di esercizio nominale: ci si attende un’ulteriore traslazione
della distribuzione verso valori più elevati una volta completato l’iter
autorizzativo.

Conclusioni

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
possibile raggiungere livelli di autonomia energetica mediamente
superiori all’80%, con oltre un decimo del parco ai
vertici della scala (≥ 95%). Le caratteristiche distintive della
tecnologia al sodio — curva di scarica piatta, indipendenza dalla
temperatura operativa, finestra utile di SoC ampia — concorrono a
spiegare questi valori senza ricorrere a sovradimensionamenti
dell’accumulo.

Pubblicheremo nei prossimi mesi un aggiornamento con la copertura di
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
confronto quantitativo della curva di scarica fra Na-ion e LFP misurata
su pacchi di pari taglia in laboratorio.