Υψηλή αυτοκατανάλωση με μπαταρίες ιόντων νατρίου: στοιχεία από ένα πάρκο εγκαταστάσεων στην Ιταλία

Εισαγωγή

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
υπέρβαση όσον αφορά τις ώρες κατανάλωσης που δεν καλύπτονται άμεσα από την παραγωγή
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’ενεργειακή αυτονομία (στα αγγλικά δείκτης αυτάρκειας),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

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

Στη βιβλιογραφία, τιμές της ιταλικής οικιακής αυτονομίας με διαστασιολογημένη αποθήκευση
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(βλ. μελέτες RSE 2022· Quoilin κ.ά., 2016). Η παρούσα σημείωση παρουσιάζει
τα αποτελέσματα μιας εσωτερικής παρακολούθησης σε ένα δείγμα οικιακών εγκαταστάσεων
με μπαταρία νατρίου Heiwit, η οποία παρουσιάζει μια συγκεντρωμένη κατανομή σε
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Μεθοδολογία

Τα στοιχεία προέρχονται από την πλατφόρμα παρακολούθησης Heiwit, η οποία συλλέγει
κάθε λεπτό τις ηλεκτρικές παραμέτρους των συνδεδεμένων εγκαταστάσεων.
Για την παρούσα μελέτη συγκεντρώθηκαν, ανά ώρα, τα ακόλουθα
αθροιστικές τιμές των εσωτερικών μετρητών του μετατροπέα σε ένα κινούμενο παράθυρο
60 ημερών:

• ενέργεια που παράγεται από τη φωτοβολταϊκή μονάδα·;
• ενέργεια που διατίθεται στο δίκτυο (παραγωγή)·;
• ενέργεια που αντλείται από το δίκτυο (εισροή)·;
• ενέργεια που μεταφέρεται κατά τη φόρτιση και την αποφόρτιση της μπαταρίας.

Εξαιρέθηκαν οι εγκαταστάσεις που δεν διέθεταν πλήρη χρονοσειρά
κατά τη διάρκεια της περιόδου (εγκαταστάσεις που έχουν εγκατασταθεί πριν από λιγότερο από 30 ημέρες ή με διακοπές
επικοινωνίας που υπερβαίνουν το 15% του χρόνου). Επιπλέον, διαχωρίστηκαν
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
να υποεκτιμηθεί λόγω του περιορισμός 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
μιας συντηρητικής εκτίμησης σε σχέση με το οριστικό λειτουργικό καθεστώς.

Όλες οι εγκαταστάσεις του δείγματος είναι εξοπλισμένες με συσσωρευτή ιόντων νατρίου
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
συνεχής παρακολούθηση των βασικών παραμέτρων κατάστασης της μπαταρίας
(SoH, κύκλος λειτουργίας, θερμοκρασία κυψέλης).

Αποτελέσματα

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, με εύρος που παρατηρήθηκε από το 23% έως το 98%. Η κατανομή
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% αυτονομίας, ένα επίπεδο
που συνήθως συνδέεται στη βιβλιογραφία με συσσωρευμένες διαμορφώσεις
υπερμεγέθεις ή με πολύ ομοιόμορφη κατανάλωση. Η διαπίστωση
ότι ένα ετερογενές λειτουργικό δείγμα (διαφορετικά φορτία, διαφορετικές εκθέσεις,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
Το πρότυπο αυτό αξίζει μια πιο λεπτομερή ανάλυση των μηχανισμών που το καθιστούν εφικτό.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου που βασίζονται σε στρωματοποιημένες κάθοδοι ή πολυανιόντα
(NFPP) παρουσιάζουν καμπύλη τάσης εκφόρτισης
ουσιαστικά επίπεδη σε ένα ευρύ φάσμα καταστάσεων φόρτισης
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
φωσφορικό (LFP), το οποίο μάλιστα έχει ένα ευρύ πλατό αλλά κλείνει το χρήσιμο εύρος
μερικά ποσοστιαία σημεία λιγότερο στα δύο άκρα. Στην πράξη, αυτό σημαίνει
ότι η ισχύς που μπορεί να παρέχει η μπαταρία νατρίου παραμένει ονομαστική έως
πολύ χαμηλά επίπεδα φόρτισης, χωρίς το BMS να επιβάλλει μείωση της ισχύος ή διακοπές
πρόωρες εκφορτίσεις.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
πραγματικά αξιοποιημένη κατά μερικά ποσοστιαία σημεία υψηλότερη από
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
σε ένα τυπικό οικιακό φορτίο, αυτά τα επιπλέον σημεία μετατοπίζουν το
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
καταχωρημένη.

Θερμική συμπεριφορά

Ένα δεύτερο χαρακτηριστικό της χημείας του νατρίου που παρατηρήθηκε στα δεδομένα του
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
λειτουργίας. Ενώ για τις μπαταρίες λιθίου η διαθέσιμη ισχύς σε
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
που συλλέχθηκαν σε εγκαταστάσεις της Βόρειας Ιταλίας κατά τους χειμερινούς μήνες, με
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Αυτή επιπεδότητα Η θερμική ενέργεια έχει σημαντική πρακτική επίδραση
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
συνήθως συγκεντρωμένο (ζεστό νερό, μαγείρεμα, ηλεκτρική θέρμανση
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
να παρέχει την ισχύ που απαιτείται από το φορτίο, ακόμη και αν ο τεχνικός χώρος
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
πράγμα που με άλλες χημικές ουσίες θα ήταν αναπόφευκτο.

Συζήτηση

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

1. Εκτεταμένο παράθυρο λειτουργίας του SoC: η επίπεδη καμπύλη τάσης
   επιτρέπει τη λειτουργία σε κατάσταση εκφόρτισης έως πολύ χαμηλά επίπεδα χωρίς μείωση της ονομαστικής ισχύος,
   αυξάνοντας το DoD που αξιοποιείται πραγματικά κατά τη διάρκεια της καθημερινής λειτουργίας.
2. Ανεξαρτησία από τη θερμοκρασία: η ονομαστική ισχύς
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   εξαλείφοντας τη μείωση της απόδοσης που παρατηρείται συνήθως στις μπαταρίες λιθίου κατά τους κρύους μήνες
   και καλύπτοντας τις πρωινές αιχμές φορτίου.
3. Δυναμική απόκριση των πακέτων και του BMS: η καθυστέρηση
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   στα συστήματα που παρακολουθούνται, συνθήκη που ελαχιστοποιεί το ποσοστό κατανάλωσης
   καλύπτεται από το δίκτυο κατά τη μεταβατική περίοδο.

Σε αυτούς τους εγγενείς παράγοντες προστίθεται ένας συστημικός παράγοντας: η
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
επιταχυντικές επιδράσεις στη χρονολογική και κυκλική αποσύνθεση. Τα στοιχεία
πειραματικές που έχουν δημοσιευτεί σχετικά με τις κάθοδοι NFPP και τις κάθοδοι τύπου Prussian
White (βλ. Hwang κ.ά., Chem. Soc. Rev. 2017;
Ταπία-Ρουίζ κ.ά., J. Phys. Energy (2021) δείχνουν μια
ευρύ φάσμα χημικού στρες, το οποίο συνάδει με το γεγονός ότι, στις δικές μας
Σύμφωνα με τα στοιχεία, οι εγκαταστάσεις που λειτουργούν για περισσότερο από 12 μήνες δεν παρουσιάζουν αποκλίσεις
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Περιορισμοί της μελέτης

Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται εδώ είναι ενδεικτικά ενός οικιστικού συγκροτήματος
ιταλικά και δεν πρέπει να γενικεύονται σε διαφορετικά προφίλ κατανάλωσης (εμπορικό,
ελαφριά βιομηχανία, εκτός δικτύου). Το χρονικό διάστημα παρατήρησης των 60 ημερών
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
το καλοκαιρινό και το χειμερινό εξάμηνο, όπου αναμένουμε μείωση
έλεγχος της μετρικής κατά τους κρύους μήνες (λόγω της μειωμένης ακτινοβολίας,
(όχι λόγω τεχνολογικών περιορισμών της μπαταρίας).

Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι ένα μη αμελητέο ποσοστό του υπό ανάλυση στόλου
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
εγκριτικό.

Συμπεράσματα

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
είναι δυνατό να επιτευχθούν επίπεδα ενεργειακής αυτονομίας κατά μέσο όρο
superiori all’80%, με πάνω από το ένα δέκατο του στόλου να βρίσκεται στα
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
να εξηγήσουμε αυτές τις τιμές χωρίς να καταφύγουμε σε υπερδιαστασιολόγηση
dell’accumulo.

Τους επόμενους μήνες θα δημοσιεύσουμε μια ενημέρωση με την κάλυψη των
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
ποσοτική σύγκριση της καμπύλης εκφόρτισης μεταξύ Na-ion και LFP, όπως μετρήθηκε
σε πακέτα ίδιου μεγέθους στο εργαστήριο.