Εισαγωγή

Η ενσωμάτωση ενός συστήματος ηλεκτροχημικής αποθήκευσης σε φωτοβολταϊκή εγκατάσταση
Το οικιακό σύστημα έχει ως κύριο στόχο τη μεταφορά της παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας στο μέλλον
υπέρβαση όσον αφορά τις ώρες κατανάλωσης που δεν καλύπτονται άμεσα από την παραγωγή
ηλιακή. Ο πιο αντιπροσωπευτικός δείκτης αυτής της μεταφοράς είναι
το’ενεργειακή αυτονομία (στα αγγλικά δείκτης αυτάρκειας),
ορίζεται ως το ποσοστό της οικιακής κατανάλωσης που καλύπτεται από την εγκατάσταση, το οποίο υπολογίζεται ως εξής:

αυτονομία (%) = (συνολική κατανάλωση − κατανάλωση από το δίκτυο) / συνολική κατανάλωση × 100

Στη βιβλιογραφία, τιμές της ιταλικής οικιακής αυτονομίας με διαστασιολογημένη αποθήκευση
συνήθως κυμαίνονται μεταξύ 60% και 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
υψηλότερες τιμές και εξετάζοντας τους τεχνολογικούς παράγοντες που το καθιστούν δυνατό.

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
οι εγκαταστάσεις που λειτουργούν σε λειτουργία “Zero Export”, η φωτοβολταϊκή παραγωγή των οποίων μπορεί
να υποεκτιμηθεί λόγω του περιορισμός που καθορίζεται από τον μετατροπέα
εν αναμονή της άδειας σύνδεσης στο δίκτυο: για τα συστήματα αυτά
η αυτονομία μπορεί πάντως να υπολογιστεί, αλλά με τη συνειδητοποίηση ότι πρόκειται
μιας συντηρητικής εκτίμησης σε σχέση με το οριστικό λειτουργικό καθεστώς.

Όλες οι εγκαταστάσεις του δείγματος είναι εξοπλισμένες με συσσωρευτή ιόντων νατρίου
Heiwit (διαμόρφωση 16S, ονομαστική τάση ~48 V) με ιδιόκτητο BMS και
συνεχής παρακολούθηση των βασικών παραμέτρων κατάστασης της μπαταρίας
(SoH, κύκλος λειτουργίας, θερμοκρασία κυψέλης).

Αποτελέσματα

Κατανομή της ενεργειακής αυτονομίας

Η μέση ενεργειακή αυτονομία του δείγματος διαπιστώθηκε ότι ανέρχεται σε
82%, με εύρος που παρατηρήθηκε από το 23% έως το 98%. Η κατανομή
παρουσιάζει έντονη κλίση προς τις υψηλές τιμές, με τη μεγάλη πλειοψηφία των
εγκαταστάσεις που βρίσκονται μεταξύ των 80% και 95%.

Το στοιχείο που ξεχωρίζει περισσότερο είναι η συγκέντρωση άνω του
68% του πάρκου, πάνω από το 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,
(διαφορετικές εποχές) να φτάσει σε αυτά τα επίπεδα με διαστάσεις
Το πρότυπο αυτό αξίζει μια πιο λεπτομερή ανάλυση των μηχανισμών που το καθιστούν εφικτό.

Καμπύλη εκφόρτισης και βάθος χρήσης

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) — συνήθως μεταξύ 5% και 95% — σε αντίθεση με το λιθίου-σιδήρου
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.

Στην πράξη, αυτό μεταφράζεται σε ένα βαθμό εκφόρτισης (DoD)
πραγματικά αξιοποιημένη κατά μερικά ποσοστιαία σημεία υψηλότερη από
σε μια μπαταρία λιθίου ίσης ονομαστικής χωρητικότητας. Σε μια καθημερινή σειρά
σε ένα τυπικό οικιακό φορτίο, αυτά τα επιπλέον σημεία μετατοπίζουν το
μετάβαση από το καθεστώς “ελεγχόμενης εκφόρτισης” στο καθεστώς “συμπληρωματικού δικτύου”
30–50 λεπτών, συμβάλλοντας άμεσα στη βελτίωση της αυτονομίας
καταχωρημένη.

Θερμική συμπεριφορά

Ένα δεύτερο χαρακτηριστικό της χημείας του νατρίου που παρατηρήθηκε στα δεδομένα του
η παρακολούθηση είναι η σταθερότητα των επιδόσεων σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία
λειτουργίας. Ενώ για τις μπαταρίες λιθίου η διαθέσιμη ισχύς σε
κατά την εκφόρτιση πέφτει αισθητά κάτω από τους +5 °C και κατά τη φόρτιση φτάνει
η οποία συνήθως περιορίζεται κάτω από τους 0 °C, στα συσσωματώματα ιόντων νατρίου του δείγματος η
η ονομαστική ισχύς εκφόρτισης παρέμεινε σταθερή και στα σύνολα δεδομένων
που συλλέχθηκαν σε εγκαταστάσεις της Βόρειας Ιταλίας κατά τους χειμερινούς μήνες, με
τοπικές θερμοκρασίες περιβάλλοντος που μετρήθηκαν στο εύρος −5 °C / +35 °C.

Αυτή επιπεδότητα Η θερμική ενέργεια έχει σημαντική πρακτική επίδραση
σχετικά με την αυτονομία: τις πρώτες πρωινές ώρες, όταν η κατανάλωση είναι
συνήθως συγκεντρωμένο (ζεστό νερό, μαγείρεμα, ηλεκτρική θέρμανση
(βοηθητική) και η παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας είναι ακόμα ελάχιστη, η μπαταρία είναι σε θέση
να παρέχει την ισχύ που απαιτείται από το φορτίο, ακόμη και αν ο τεχνικός χώρος
δεν διαθέτει κλιματισμό, αποφεύγοντας έτσι την καταβολή ενός ποσοστού προμήθειας από
πράγμα που με άλλες χημικές ουσίες θα ήταν αναπόφευκτο.

Συζήτηση

Ο κύριος παράγοντας που εξηγεί την υψηλή αυτονομία που παρατηρήθηκε στο δείγμα
Όπως αναλύθηκε, πρόκειται για τον συνδυασμό τριών στοιχείων που είναι χαρακτηριστικά της τεχνολογίας νατρίου:

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
   είναι διαθέσιμο και σε συνθήκες λειτουργίας χωρίς κλιματισμό,
   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
   κατά τη μετάβαση από την κατάσταση φόρτισης στην κατάσταση εκφόρτισης (και αντίστροφα) είναι μικρότερο από ένα δευτερόλεπτο
   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
δυνατότητα να φτάσει η μπαταρία σε πολύ χαμηλά επίπεδα φόρτισης χωρίς
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
μεθοδολογίες του SoH σε σύγκριση με τις πιο πρόσφατες.

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
καλύπτει μια περιορισμένη εποχικότητα· μια ανάλυση που θα καλύπτει 12 μήνες θα ενισχύσει την
εκτίμηση της μέσης αυτονομίας και θα επιτρέψει μια ξεχωριστή αξιολόγηση για
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
βρίσκεται σε καθεστώς “Zero Export” εν αναμονή της έγκρισης σύνδεσης
τελική, κατάσταση στην οποία ο μετατροπέας περιορίζει την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας. Για
Σε αυτές τις εγκαταστάσεις, ο δείκτης αυτονομίας αποτελεί υποεκτίμηση σε σχέση με το
ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας: αναμένεται περαιτέρω μετατόπιση
της κατανομής προς υψηλότερες τιμές, μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία
εγκριτικό.

Συμπεράσματα

Η ανάλυση πεδίου επιβεβαιώνει ότι, σε ένα συγκρότημα κατοικιών στην Ιταλία
ένα ετερογενές σύστημα εξοπλισμένο με συσσωρευτή ιόντων νατρίου Heiwit, είναι
είναι δυνατό να επιτευχθούν επίπεδα ενεργειακής αυτονομίας κατά μέσο όρο
με αριθμό σειράς μεγαλύτερο από 80%, με πάνω από το ένα δέκατο του στόλου να βρίσκεται στα
κορυφές της κλίμακας (≥ 95%). Τα διακριτικά χαρακτηριστικά της
τεχνολογία νατρίου — επίπεδη καμπύλη εκφόρτισης, ανεξαρτησία από την
θερμοκρασία λειτουργίας, ευρύ χρονικό παράθυρο λειτουργίας του SoC — συμβάλλουν στην
να εξηγήσουμε αυτές τις τιμές χωρίς να καταφύγουμε σε υπερδιαστασιολόγηση
της συσσώρευσης.

Τους επόμενους μήνες θα δημοσιεύσουμε μια ενημέρωση με την κάλυψη των
ένα πλήρες ημερολογιακό έτος και μια ξεχωριστή ανάλυση της κατανομής
της αυτονομίας ανά χρονική ζώνη και ανά εποχή, συμπεριλαμβανομένου ενός
ποσοτική σύγκριση της καμπύλης εκφόρτισης μεταξύ Na-ion και LFP, όπως μετρήθηκε
σε πακέτα ίδιου μεγέθους στο εργαστήριο.