Autoconsommation élevée avec des batteries sodium-ion : données issues d'un parc d'installations italiennes

Préambule

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
excédent vers les heures de consommation non couvertes directement par la production
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’autonomie énergétique en anglais taux d'autosuffisance),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

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

En littérature, valeurs d'autonomie résidentielle italienne avec accumulation dimensionnée
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(voir études RSE 2022 ; Quoilin et al., 2016). Cette note présente
les résultats d'un suivi interne sur un échantillon d'installations résidentielles
avec batterie au sodium Heiwit, montrant une distribution concentrée sur
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Méthodologie

les données proviennent de la plateforme de surveillance Heiwit, qui acquiert
avec une cadence minute par minute des grandeurs électriques des installations connectées.
Pour la présente étude, ont été agrégées, heure par heure, les suivantes
grandezze cumulative dei contatori interni inverter su una finestra mobile
dans 60 jours :

• énergie produite par le générateur photovoltaïque ;
• énergie cédée au réseau (sortie);
• énergie prélevée du réseau (entrée) ;
• énergie transférée dans la charge et la décharge de la batterie.

Les installations sans série temporelle complète ont été exclues
sur la période (installations installées depuis moins de 30 jours ou avec des interruptions
de communication supérieures à 15% de l'époque). Ont également été mis à l'écart
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
résulter sous-estimé en raison de réduction 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
d'une estimation prudente par rapport au régime de fonctionnement définitif.

Tous les systèmes de l'échantillon sont équipés d'un stockage aux ions sodium
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
surveillance continue des principaux paramètres de santé de la batterie
(SoH, cyclage, température de la cellule).

Résultats

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, avec une fourchette observée allant de 23% à 98%. La distribution
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% de autonomie, un niveau
généralement associé en littérature à des configurations accumulées
surdimensionnées ou à profils de consommation très réguliers. Le constat
qu'un échantillon opérationnel hétérogène (charges diverses, expositions diverses,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
standard mérite un approfondissement sur les mécanismes qui le rendent possible.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Les batteries aux ions sodium basées sur des cathodes stratifiées ou polyanioniques
(NFPP) présentent une courbe de décroissance de tension
essentiellement piatta dans une large plage de charge
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
phosphate (LFP), qui a également un large plateau mais ferme la fenêtre utile
quelques points de pourcentage d'abord aux deux extrêmes. En pratique, cela signifie
que la puissance délivrée par la batterie au sodium reste nominale jusqu'à
niveaux de charge très bas, sans que le BMS n'impose de limitation de puissance ou de coupure
précocité de décharge.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
effectivement exploitée supérieure de quelques points de pourcentage par rapport
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
charge d'habitation typique, ces points supplémentaires déplacent le
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
enregistrée.

Comportement thermique

Une deuxième caractéristique de la chimie du sodium observée dans les données de
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
d'exercice. Tandis que pour les chimies au lithium la puissance disponible en
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
acquis dans des installations du nord de l'Italie durant les mois d'hiver, avec
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Cette platitude thermique a un effet pratique significatif
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
typiquement concentré (eau chaude, cuisson, chauffage électrique
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
de fournir à la puissance requise par la charge, même si la chambre technique
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
qui autrement serait inévitable avec d'autres produits chimiques.

Discussion

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

1. Fenêtre utile étendue du SoCla courbe de tension plate
   permet de fonctionner en décharge jusqu'à des états très bas sans détarage,
   en augmentant la profondeur de décharge réellement utilisée dans les cycles quotidiens.
2. Indépendance de la températurela puissance nominale
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   élimination des déclassifications typiques des chimies au lithium par temps froid
   et en soutenant les pics de charge matinaux.
3. Réponse dynamique des colis et du BMSla latence
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   sur les systèmes surveillés, une condition qui minimise la fraction de consommation
   couvert par le réseau en transit.

À ces facteurs intrinsèques s'ajoute un facteur systémique : le
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
effets d'accélération sur la dégradation calendaire et cyclique. Les preuves
expérimentales publiées sur les cathodes NFPP et sur des cathodes de type prussien
Blanc (cf. Hwang et al., Rév. Soc. Chim. 2017;
Tapia-Ruiz et al., J. Phys. Énergie 2021) indiquent une
fenêtre de stress chimique large, cohérente avec le fait que, dans nos
les installations opérationnelles depuis plus de 12 mois ne présentent aucune déviation
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Limites de l'étude

Les résultats présentés ici sont indicatifs d'un parc résidentiel
italien et ne doivent pas être généralisés à des profils de consommation différents (commercial,
industriel léger, hors réseau). La fenêtre d'observation de 60 jours
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
semestre d'été et d'hiver, où l'on s'attend à une contraction
contrôle de la métrique pendant les mois froids (en raison d'un rayonnement réduit,
non pour des raisons technologiques de la batterie).

Il est en outre à noter qu'une part non négligeable du parc analysé
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
autorisatif.

Conclusions

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
possible d'atteindre des niveaux d'autonomie énergétique moyens
superiori all’80%, avec plus d'un dixième du parc en
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
expliquer ces valeurs sans recourir à des surévaluations
dell’accumulo.

Nous publierons dans les prochains mois une mise à jour avec la couverture de
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
comparaison quantitative de la courbe de décharge entre Na-ion et LFP mesurée
sur des paquets de taille égale en laboratoire.