Autokonsumpcja na wysokim poziomie z bateriami sodowo-jonowymi: dane z włoskiego parku instalacji

Przesłanka

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
nadwyżka w stosunku do godzin zużycia niepokrytych bezpośrednio produkcją
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’autonomia energetyczna w języku angielskim wskaźnik samowystarczalności),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

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

W literaturze, włoskie wartości autonomii mieszkaniowej z magazynowaniem energii
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(por. studia RSE 2022; Quoilin i inni., 2016). Niniejsza nota przedstawia
wyniki wewnętrznego monitoringu na próbce instalacji mieszkalnych
z baterią sodową Heiwit, pokazując rozkład skoncentrowany na
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Metodologia

Dane pochodzą z platformy monitorującej Heiwit, która pozyskuje
z kadencją minuta po minucie wielkości elektryczne podłączonych instalacji.
Do niniejszego badania zagregowano, z godziny na godzinę, następujące
Skumulowane wartości liczników falownika na ruchomym oknie
na 60 dni

• energia wytworzona przez generator fotowoltaiczny;
• energia przekazana do sieci;
• energia pobrana z sieci (wejście);
• energia przesyłana podczas ładowania i rozładowywania akumulatora.

Wykluczono obiekty bez kompletnej serii czasowej
okres (instalacje wykonane mniej niż 30 dni temu lub z przerwami
komunikacyjne przekraczające 15% czasu). Ponadto wyodrębniono
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
pozostać niedocenionym z powodu ograniczenie 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
z szacunku konserwatywnego w odniesieniu do ostatecznego reżimu operacyjnego.

Wszystkie instalacje tego modelu są wyposażone w magazyny energii sodowo-jonowej.
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
nieprzerwane monitorowanie kluczowych parametrów stanu baterii
(SoH, ładowanie, temperatura ogniwa).

Wyniki

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, w przedziale od 23% do 98%. Rozkład
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% poziom autonomii
generalnie kojarzony w literaturze z nagromadzonymi konfiguracjami
nadwymiarowe lub o bardzo regularnych profilach zużycia. Stwierdzenie
że próbka operacyjna jest niejednorodna (różne obciążenia, różne ekspozycje,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
standard zasługuje na szczegółowe omówienie mechanizmów, które go umożliwiają.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Baterie sodowo-jonowe z katodami warstwowymi lub polianionowymi
(NFPP) przedstawiają krzywą napięcia rozładowania
w zasadzie płaski w szerokim zakresie stanu naładowania
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
fosforan litowo-żelazowy (LFP), który ma szeroki płaskowyż, ale zamyka użyteczne okno
kilka punktów procentowych wcześniej na dwóch skrajnościach. W praktyce oznacza to
moc dostarczana przez baterię sodową pozostaje nominalna do
bardzo niskie stany naładowania, bez obniżenia mocy lub odcięcia przez BMS
ceny rozładunku.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
faktycznie wykorzystana o kilka punktów procentowych wyższa niż
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
di carico residenziale tipico, questi punti aggiuntivi spostano il
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
zarejestrowana.

Zachowanie termiczne

Druga cecha chemii sodu obserwowana w danych z
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
ćwiczenia. Podczas gdy w przypadku chemii litowej dostępna moc
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
pozyskane w północno-włoskich instalacjach w miesiącach zimowych, z
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Ta płaskość Termika ma znaczący wpływ praktyczny
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
zazwyczaj skoncentrowany (gorąca woda, gotowanie, ogrzewanie elektryczne
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
przepuścić moc wymaganą przez obciążenie, nawet jeśli komora techniczna
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
sieć, która z innymi chemikaliami byłaby nieunikniona.

Dyskusja

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

1. Rozszerzone okno użytkowe SoCpłaska krzywa napięć
   pozwala na pracę w rozładowaniu do bardzo niskich stanów bez obniżania parametrów,
   zwiększając rzeczywiście wykorzystywane DoD w codziennym cyklowaniu.
2. Niezależność od temperaturymoc znamionowa
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   eliminując typowe obniżenia wydajności chemii litowych w zimnych miesiącach
   i wspierając szczytowe obciążenia poranne.
3. Dynamiczna odpowiedź pakietów i BMSopóźnienie
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   w systemach monitorowanych, warunek minimalizujący ułamek zużycia
   pokryta siecią w stanie przejściowym.

Do tych czynników wewnętrznych dochodzi czynnik systemowy:
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
przyspieszające efekty na degradację kalendarzową i cykliczną. Dowody
eksperymenty opublikowane na katodach NFPP i katodach typu pruskiego
Biały (por. Hwang i inni., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz i inni., Fizyka Energii 2021) wskazują na
szerokie okno odporności chemicznej, co jest zgodne z tym, że w naszych
dane, instalacje działające od ponad 12 miesięcy nie wykazują odchyleń
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Ograniczenia badania

Przedstawione wyniki wskazują na osiedle mieszkaniowe
włoski i nie należy ich generalizować do innych profili konsumpcyjnych (komercyjne,
przemysł lekki, off-grid). 60-dniowe okno obserwacyjne
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
semestr letni i zimowy, gdzie spodziewamy się skurczu
kontrola metryki w chłodniejszych miesiącach (ze względu na mniejsze nasłonecznienie,
(nie z powodu ograniczeń technologicznych baterii).

Należy również zauważyć, że niemała część analizowanego parku
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
autoryzacyjny.

Wnioski

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
możliwe do osiągnięcia średnie poziomy autonomii energetycznej
superiori all’80%, z ponad jedną dziesiątą parku do
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
wyjaśnić te wartości bez uciekania się do nadmiarowości
dell’accumulo.

W ciągu najbliższych miesięcy opublikujemy aktualizację obejmującą
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
Ilościowe porównanie krzywej rozładowania dla Na-jonów i LFP.
su pacchi di pari taglia in laboratorio.