Introducere

Integrarea unui sistem de stocare electrochimică într-o instalație fotovoltaică
Sistemul fotovoltaic are ca obiectiv principal transferul, în timp, a producției fotovoltaice către
excesul față de orele de consum care nu sunt acoperite direct de producție
solar. Indicatorul cel mai reprezentativ al acestui transfer este
l’autonomie energetică (în engleză) rata de autosuficiență),
definită ca fracțiunea din consumul locuinței acoperită de instalație, calculată după cum urmează:

autonomie (%) = (consum total − consum din rețea) / consum total × 100

În literatura de specialitate, valori ale autonomiei rezidențiale italiene cu acumulare dimensionată
în mod corect, acestea se situează de obicei între 60% și 80%
(a se vedea studiile RSE din 2022; Quoilin și colab., 2016). Această notă prezintă
rezultatele unei monitorizări interne efectuate pe un eșantion de instalații rezidențiale
cu baterie cu sodiu Heiwit, prezentând o distribuție concentrată pe
valori mai ridicate și discutând factorii tehnologici care fac acest lucru posibil.

Metodologie

Datele provin de la platforma de monitorizare Heiwit, care colectează
cu o frecvență de un minut pe minut, parametrii electrici ai instalațiilor conectate.
Pentru prezentul studiu, au fost agregate, oră cu oră, următoarele
valori cumulative ale contoarelor interne ale invertoarelor într-o fereastră mobilă
de 60 de zile:

• energia produsă de generatorul fotovoltaic;
• energia livrată în rețea (producție);
• energia preluată din rețea (intrare);
• energia transferată în timpul încărcării și descărcării bateriei.

Au fost excluse instalațiile care nu dispuneau de o serie temporală completă
pe perioada respectivă (instalații montate de mai puțin de 30 de zile sau care au suferit întreruperi
de comunicație mai mari decât 15% din acea perioadă). De asemenea, au fost separate
instalațiile care funcționează în modul “Zero Export”, a căror producție fotovoltaică poate
să fie subestimată din cauza restricție impus de invertor
în așteptarea autorizației de racordare la rețea: pentru aceste sisteme
autonomia poate fi totuși calculată, dar ținând cont de faptul că este vorba de
o estimare prudentă în comparație cu regimul operațional definitiv.

Toate instalațiile din eșantion sunt echipate cu acumulatori cu ioni de sodiu
Heiwit (configurație 16S, ~48 V nominali) cu BMS propriu și
monitorizarea continuă a principalilor parametri de stare a bateriei
(SoH, ciclu, temperatura celulei).

Rezultate

Distribuția autonomiei energetice

Autonomia energetică medie a eșantionului s-a situat la
82%, cu un interval observat între 23% și 98%. Distribuția
este în mod evident înclinată spre valori ridicate, marea majoritate a
instalații cu numere cuprinse între 80% și 95%.

Ceea ce reiese cel mai clar este concentrarea de peste
68% din parcul situat deasupra modelului 80% de autonomie, un nivel
asociat, în general, în literatura de specialitate cu configurații acumulate
supradimensionate sau cu un profil de consum foarte constant. Constatarea
că un eșantion operațional eterogen (sarcini diferite, expuneri diferite,
(în diferite perioade ale anului) să atingă aceste niveluri prin dimensionări
Acest standard merită o analiză mai aprofundată a mecanismelor care îl fac posibil.

Curba de descărcare și adâncimea utilizată

Bateriile cu ioni de sodiu bazate pe catozi stratificați sau polianioni
(NFPP) prezintă o curbă de tensiune de descărcare
în esență plată într-un interval larg de stare de încărcare
(SoC) — de obicei între 5% și 95% — spre deosebire de bateriile litiu-fier
fosfat (LFP), care, deși are un platou larg, închide fereastra utilă
cu câteva puncte procentuale mai mult la cele două extreme. În practică, asta înseamnă
că puterea furnizată de bateria cu sodiu rămâne nominală până la
niveluri de încărcare foarte scăzute, fără ca BMS să impună reducerea puterii sau întreruperi
descărcări premature.

Din punct de vedere operațional, acest lucru se traduce printr-o adâncime utilă de descărcare (DoD)
exploatată efectiv cu câteva puncte procentuale mai mult decât
față de o baterie cu litiu de aceeași capacitate nominală. Pe parcursul unei zile
în cazul unei sarcini tipice rezidențiale, aceste puncte suplimentare modifică
trecerea de la regimul “descărcare controlată” la regimul “rețea suplimentară”
de 30–50 de minute, contribuind direct la îmbunătățirea autonomiei
înregistrată.

Comportament termic

O a doua caracteristică a chimiei sodiului observată în datele din
monitorizarea este stabilitatea performanțelor în funcție de temperatură
de funcționare. În schimb, în cazul bateriilor chimice cu litiu, puterea disponibilă în
în timpul descărcării, temperatura scade semnificativ sub +5 °C, iar în timpul încărcării ajunge la
de obicei limitată la valori sub 0 °C, pe grupările de ioni de sodiu din probă,
puterea nominală de descărcare a rămas constantă și în seturile de date
achiziționate din instalații din nordul Italiei în timpul lunilor de iarnă, cu
temperaturile ambientale locale măsurate în intervalul −5 °C / +35 °C.

Aceasta planitate termică are un efect practic semnificativ
despre autonomie: în primele ore ale dimineții, când consumul este
de obicei concentrat (apă caldă, gătit, încălzire electrică)
auxiliar) și producția fotovoltaică este încă minimă, bateria este capabilă
de a furniza puterea solicitată de sarcină, chiar dacă compartimentul tehnic
nu este climatizat, evitând astfel transferul unei cote de prelevare de la
rețea care, în cazul altor substanțe chimice, ar fi inevitabilă.

Discuție

Principalul factor care explică autonomia ridicată observată în eșantion
Analizând, aceasta este combinația a trei elemente caracteristice tehnologiei cu sodiu:

1. Fereastră utilă extinsă a SoC-ului: curba de tensiune plată
   permite funcționarea în regim de descărcare până la niveluri foarte scăzute, fără reducerea puterii nominale,
   creșterea valorii DoD efectiv utilizate în ciclul zilnic.
2. Independența față de temperatură: puterea nominală
   este disponibil și în condiții de funcționare fără climatizare,
   eliminând reducerile de putere caracteristice bateriilor chimice cu litiu în lunile reci
   și făcând față vârfurilor de consum din dimineață.
3. Răspunsul dinamic al pachetelor și al sistemului BMS: latența
   în timpul trecerii de la încărcare la descărcare (și invers) este mai mică decât o secundă
   pe sistemele monitorizate, condiție care reduce la minimum ponderea consumului
   acoperită de rețea în regim tranzitoriu.

La acești factori intrinseci se adaugă un factor sistemic:
posibilitatea de a lăsa bateria să ajungă la un nivel de încărcare foarte scăzut fără
efecte de accelerare asupra degradării calendaristice și ciclice. Dovezile
experimentale publicate pe catodele NFPP și pe catodele de tip Prussian
White (vezi Hwang și colab., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz și colab., J. Phys. Energy (2021) indică o
interval larg de stres chimic, în concordanță cu faptul că, în studiile noastre
Conform datelor, instalațiile care funcționează de peste 12 luni nu prezintă abateri
sistemele SoH în comparație cu cele mai recente.

Limitele studiului

Rezultatele prezentate aici sunt reprezentative pentru un parc rezidențial
italiană și nu pot fi generalizate la profiluri de consum diferite (comercial,
industrial ușor, independent de rețea). Perioada de observare de 60 de zile
acoperă o perioadă sezonieră limitată; o analiză pe 12 luni va consolida
estimarea autonomiei medii și va permite o evaluare separată pentru
semestrul de vară și cel de iarnă, în care ne așteptăm la o scădere
monitorizarea consumului de energie în lunile reci (din cauza radiației solare mai reduse,
(nu din cauza limitărilor tehnologice ale bateriei).

De asemenea, trebuie remarcat faptul că o parte semnificativă din parcul analizat
se află în regim “Zero Export”, în așteptarea autorizației de conectare
definitivă, situație în care invertorul limitează producția fotovoltaică. Pentru
în cazul acestor instalații, indicatorul de autonomie este subestimat în comparație cu
regim nominal de funcționare: se preconizează o nouă deplasare
distribuției către valori mai ridicate odată ce procedura va fi finalizată
de autorizare.

Concluzii

Analiza de teren confirmă faptul că, într-un complex rezidențial italian
un sistem eterogen echipat cu un acumulator cu ioni de sodiu Heiwit, este
este posibil să se atingă niveluri medii de autonomie energetică
mai mari decât 80%, cu peste o zecime din parcul auto la
vârfurile scării (≥ 95%). Caracteristicile distinctive ale
tehnologia cu sodiu — curbă de descărcare plată, independență față de
temperatura de funcționare, intervalul de funcționare extins al SoC — contribuie la
a explica aceste valori fără a recurge la supradimensionări
a acumulării.

În următoarele luni vom publica o actualizare care va include
un an calendaristic complet și o analiză separată a distribuției
privind autonomia pe intervale orare și pe sezoane, incluzând un
comparație cantitativă între curbele de descărcare ale bateriilor cu ioni de sodiu și LFP, măsurate
pe pachete de aceeași dimensiune în laborator.