Hoher Eigenverbrauch mit Natrium-Ionen-Batterien: Daten eines italienischen Anlagenparks

Prämisse

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
Überschuss in Bezug auf die Verbrauchszeiten, die nicht direkt durch die Erzeugung abgedeckt sind
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’Energieautonomie (auf Englisch Selbstversorgungsgrad),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

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

In der Literatur, italienische Autonomiewerte für Wohngebäude mit dimensioniertem Speicher
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(vgl. RSE-Studien 2022; Quoilin u. a., 2016). Diese Notiz präsentiert
die Ergebnisse einer internen Überwachung einer Stichprobe von Wohnanlagen
mit Natriumbatterie Heiwit, wobei eine konzentrierte Verteilung auf
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Methodik

Die Daten stammen von der Überwachungsplattform Heiwit, die erfasst
mit Minutengenauer Kadenz die elektrischen Größen der angeschlossenen Anlagen.
Für die vorliegende Studie wurden stundenweise die folgenden
Kumulative Größen der internen Inverter-Zähler auf einem beweglichen Fenster
60 Tage:

• Energie, die vom Photovoltaikgenerator erzeugt wird;
• an das Netz abgegebene Energie;
• Energie aus dem Netz bezogen (Eingang);
• übertragene Energie beim Laden und Entladen des Akkus.

Anlagen ohne eine vollständige Zeitreihe wurden ausgeschlossen.
auf den Zeitraum (weniger als 30 Tage installierte Anlagen oder mit Unterbrechungen
mit einer Kommunikationsrate von mehr als 15% der Zeit). Außerdem wurden folgende Daten getrennt
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
unterschätzt werden aufgrund des Kürzung 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
einer konservativen Schätzung im Vergleich zum endgültigen Betriebsregime.

Alle Anlagen des Mustergeräts sind mit Natrium-Ionen-Speichern ausgestattet
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
kontinuierliche Überwachung der wichtigsten Batteriegesundheitsparameter
(SoH, Zyklus, Zelltemperatur).

Ergebnisse

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, mit einer beobachteten Spanne von 23% bis 98%. Die Verteilung
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% von Autonomie, ein Niveau
generell in der Literatur mit akkumulierten Konfigurationen assoziiert
übergroßen oder mit sehr regelmäßigen Verbrauchsprofilen. Die Feststellung
dass eine heterogene operative Stichprobe (unterschiedliche Lasten, unterschiedliche Exponierungen,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
Standard verdient eine genauere Betrachtung der Mechanismen, die es ermöglichen.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Natrium-Ionen-Batterien basierend auf geschichteten oder polyanionischen Kathoden
(NFPPs) weisen eine Entladespannungskurve auf
im Wesentlichen Teller in einem weiten Ladezustandsbereich
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
Phosphat (LFP), das zwar ein breites Plateau hat, aber das nutzbare Fenster schließt
einige Prozentpunkte, zuerst an den beiden Extremen. Das bedeutet praktisch
dass die von der Natriumbatterie abgegebene Leistung nominal bleibt bis
sehr niedrige Ladezustände, ohne dass das BMS ein Leistungs- oder Abschaltlimit auferlegt
Entlade-Vorkehrungen.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
effektiv einige Prozentpunkte besser ausgenutzt als
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
bei typischer Wohnlast verschieben diese zusätzlichen Punkte
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
registriert.

Thermisches Verhalten

Ein zweites Merkmal der Natriumchemie, das in den Daten beobachtet wurde
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
Übung. Während für Lithiumchemikalien die verfügbare Leistung 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
erworben in norditalienischen Installationen während der Wintermonate, mit
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Diese Flachheit thermisch hat eine signifikante praktische Auswirkung
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
typischerweise konzentriert (Warmwasser, Kochen, Elektroheizung
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
um die vom Verbraucher geforderte Leistung zu liefern, auch wenn der Technikraum
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
Netzwerk, das mit anderen Chemikalien unvermeidlich wäre.

Diskussion

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

1. Erweiterbares SoC-Fensterdie flache Spannungsgrenze
   ermöglicht den Entladebetrieb bis zu sehr niedrigen Zuständen ohne Leistungsreduzierung,
   erhöhung des tatsächlich genutzten DoD im täglichen Zyklus.
2. Temperaturunabhängigkeitdie Nennleistung
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   typische Leistungsreduzierungen von Lithiumchemikalien in den kalten Monaten zu eliminieren
   und die morgendlichen Spitzenlasten zu bewältigen.
3. Dynamische Antwort von Paketen und BMS: die Latenz
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   auf den überwachten Systemen, eine Bedingung, die den Verbrauchsanteil minimiert
   im Netz im Übergang abgedeckt.

Zu diesen intrinsischen Faktoren kommt ein systemischer Faktor hinzu: die
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
beschleunigende Effekte auf Kalender- und zyklischen Abbau. Die Beweise
experimentelle Veröffentlichungen auf NFPP-Kathoden und auf Kaliumhexacyanoferrat(II)-Kathoden
Weiß (vgl. Hwang u. a., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz u. a., J. Phys. Energy 2021) deuten darauf hin
breiten chemischen Spannungsfenster, was damit übereinstimmt, dass in unseren
Dati: Die seit über 12 Monaten betriebenen Anlagen zeigen keine Abweichungen.
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Studi Limiti

Die hier dargestellten Ergebnisse sind beispielhaft für eine Wohnanlage
italienisch und nicht auf unterschiedliche Verbraucherprofile (gewerblich,
leichte Industrie, netzunabhängig). Das 60-tägige Beobachtungsfenster
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
Sommer- und Wintersemester, wo wir mit einem Rückgang rechnen
Kontrolle der Metrik in den kalten Monaten (wegen geringerer Einstrahlung,
nicht wegen technischer Einschränkungen der Batterie).

Es wurde auch beobachtet, dass ein nicht unerheblicher Teil des analysierten Bestands
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
genehmigend.

Schlussfolgerungen

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
möglicherweise imstande, durchschnittliche Energieselbstversorgung zu erreichen
superiori all’80%, mit über einem Zehntel des Parks bei
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
diese Werte erklären, ohne Überdimensionierungen anzuwenden
dell’accumulo.

Wir werden in den kommenden Monaten ein Update mit der Abdeckung von
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
Quantitativer Vergleich der Entladekurve von Na-Ionen und LFP (Lithium-Eisenphosphat) – gemessen
auf gleich großen Paketen im Labor.