Hoog zelfverbruik met natrium-ionbatterijen: gegevens van een Italiaans installatiepark

Voorafgaande opmerking

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
overmatige consumptie rond de uren die niet direct gedekt worden door de opwekking
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’energieautonomie in het Engels zelfvoorzieningsgraad),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

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

In de literatuur, Italiaanse residentiële autonomiewaarden met gedimensioneerde opslag
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(vgl. RSE-studie 2022; Quoilin en anderen., 2016). Deze notitie presenteert
de resultaten van een interne monitoring op een steekproef van residentiële installaties
met natrium-ionbatterij Heiwit, met een gedistribueerde verdeling op
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Methodologie

De gegevens komen van het monitoringplatform Heiwit, dat verzamelt
met minuut-voor-minuut cadans de elektrische groottes van de aangesloten installaties.
Voor de huidige studie zijn de volgende per uur samengevoegd
cumulatieve groottes van de interne tellers van de omvormer op een mobiel venster
van 60 dagen:

• energie opgewekt door de fotovoltaïsche generator;
• energie afgegeven aan het net (uitvoer);
• energie afgenomen van het net (invoer);
• energie overgedragen in laden en ontladen van de batterij.

Installaties zonder een volledige tijdreeks werden uitgesloten
op de periode (installaties minder dan 30 dagen geleden geïnstalleerd of met onderbrekingen
communicatie die hoger ligt dan 15% van de tijd). Daarnaast zijn er ook gescheiden
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
ondergewaardeerd blijken door beknotting 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
van een conservatieve schatting ten opzichte van het definitieve operationele regime.

Alle systemen van het monster zijn uitgerust met natrium-ionenopslag.
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
continue monitoring van de belangrijkste gezondheidsparameters van de batterij
(SoH, celcycli, cel temperatuur).

Resultaten

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, met een waargenomen bereik van 23% tot 98%. De verdeling
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% van autonomie, een niveau
over het algemeen geassocieerd in literatuur met geaccumuleerde configuraties
overgedimensioneerd of met zeer regelmatige verbruiksprofielen. De constatering
dat een heterogene operationele steekproef (verschillende ladingen, verschillende blootstellingen,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
standaard verdient een verdieping van de mechanismen die het mogelijk maken.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Natrium-ionbatterijen gebaseerd op laag- of polyanionkathodes
(NFPP) presenteren een ontladingsspanningscurve
in wezen plat in een breed bereik van laadstatus
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
fosfaat (LFP), die ook een breed plateau heeft, maar het bruikbare venster sluit
een paar procentpunten eerder op de twee uitersten. In de praktijk betekent dit
De door de natrium-ionbatterij te leveren vermogen blijft nominaal tot
zeer lage laadstatussen, zonder dat het BMS derating of afsnijding oplegt
Ontladingsvoortekenen.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
werkelijk benut benuttigd enkele procentpunten meer dan
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
van typische woonlasten, verplaatsen deze extra punten de
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
geregistreerd.

Thermisch gedrag

Een tweede kenmerk van de chemie van natrium waargenomen in de gegevens van
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
van oefening. Terwijl voor lithiumchemicaliën het beschikbare vermogen 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
Verworven in Noord-Italiaanse installaties gedurende de wintermaanden, met
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Deze vlakheid thermiek heeft een significant praktisch effect
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
typisch geconcentreerd (heet water, koken, elektrische verwarming
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
om te leveren aan het vermogen dat door de belasting wordt vereist, zelfs als de technische ruimte
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
net die met andere chemicaliën onvermijdelijk zou zijn.

Discussie

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

1. Vergroot nuttig venster van SoCde vlakke spanningscurve
   staat bedrijf toe om bij zeer lage voltages zonder vermindering te opereren,
   het vergroten van de effectief benutte DoD in dagelijkse cycli.
2. Temperatuuronafhankelijkheid: het nominale vermogen
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   het elimineren van de typische derating van lithiumchemie in de koude maanden
   en het ondersteunen van de ochtendpiekbelastingen.
3. Dynamische reactie van pakketten en BMS: de latentie
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   door de gemonitorde systemen, deze voorwaarde minimaliseert het verbruikspercentage
   gedekt door het netwerk in transit.

Aan deze intrinsieke factoren wordt een systemische factor toegevoegd: de
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
versnellende effecten op de kalender- en cyclische degradatie. Het bewijs
gepubliceerd experimenteel op NFPP-kathodes en op Pruisische kathodes
Wit (vgl. Hwang en anderen., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz en anderen., J. Fys. Energie 2021) geven aan een
chemische stressvenster breed, in overeenstemming met het feit dat, in onze
gegeven, de operationele installaties van meer dan 12 maanden tonen geen afwijkingen
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Beperkingen van de studie

De hier gepresenteerde resultaten zijn indicatief voor een woonpark
Italiaans en ze mogen niet worden gegeneraliseerd naar verschillende consumentenprofielen (commercieel,
industriële leggero, off-grid). Het observatievenster van 60 dagen
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
zomer- en wintersemester, waar we een krimp verwachten
gecontroleerd van de metriek in de koude maanden (vanwege de lagere bestraling,
niet vanwege technologische beperkingen van de batterij).

Het is ook opgemerkt dat een niet-verwaarloosbaar deel van het geanalyseerde park
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
machtigend.

Conclusies

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
mogelijk om gemiddeld energieniveauautonomie te bereiken
superiori all’80%, met meer dan een tiende van het park aan
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
deze waarden uitleggen zonder gebruik te maken van overmaat
dell’accumulo.

We zullen de komende maanden een update publiceren met dekking van
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
kwantitatieve vergelijking van de ontlaadcurve tussen Na-ion en LFP gemeten
op verpakkingen van dezelfde grootte in het laboratorium.