Högt egenförbrukning med natriumjonbatterier: data från en italiensk anläggningspark

Förutsättning

L’integrazione di un sistema di accumulo elettrochimico su impianto fotovoltaico
domestico ha l’obiettivo principale di trasferire nel tempo la produzione PV in
överskott mot konsumtionstimmarna som inte direkt täcks av produktionen
solare. La metrica più rappresentativa di questo trasferimento è
l’energieffektivitet på engelska självförsörjningsgrad),
definita come la frazione del consumo casa coperta dall’impianto, calcolata come:

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

I litteraturen, italienska värden för bostadsautonomi med dimensionerad ackumulering
correttamente sono tipicamente compresi tra il 60% e l’80%
(jfr. studi RSE 2022; Quoilin och kollegor., 2016). Denna anmärkning presenterar
resultaten av en intern övervakning av ett urval av bostadsanläggningar
med Heiwit natrium-jon batteri, vilket visar en koncentrerad fördelning på
valori più elevati e discutendo i fattori tecnologici che lo rendono possibile.

Metodik

Data kommer från övervakningsplattformen Heiwit, som samlar in
med minut-för-minut kadens de elektriska storheterna för de anslutna anläggningarna.
För denna studie har följande aggregerats, timme för timme,
ackumulerade värden för växelriktarens interna räknare i ett flytande fönster
60 dagar

• energi producerad av solcellsgeneratorn;
• energi överförd till nätet (utgående);
• energi hämtad från elnätet;
• energi som överförs vid laddning och urladdning av batteriet.

Anläggningar utan en komplett tidsserie har uteslutits
under perioden (installationer installerade för mindre än 30 dagar sedan eller med avbrott
kommunikationsvärden som överstiger 15% av tiden). Dessutom har följande segregerats
gli impianti operanti in modalità “Zero Export”, la cui produzione PV può
risultare sottostimata per via del nedskärning 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
en konservativ uppskattning jämfört med det slutgiltiga driftläget.

Alla anläggningar i provet är utrustade med natriumjonbatterier
Heiwit (configurazione 16S, ~48 V nominali) con BMS proprietario e
kontinuerlig övervakning av batteriets viktigaste hälsoparametrar
(SoH, cellcykel, celltemperatur).

Resultat

Distribuzione dell’autonomia energetica

L’autonomia energetica media del campione è risultata pari al
82%, med ett observerat intervall från 23% till 98%. Fördelningen
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% av autonomi, en nivå
vanligtvis associerat i litteraturen med ackumulerade konfigurationer
överdimensionerade eller med mycket regelbundna konsumtionsprofiler. Konstaterandet
ett heterogent operativt urval (olika belastningar, olika exponeringar,
stagionalità diverse) raggiunga questi livelli con dimensionamenti
standard förtjänar en fördjupning i de mekanismer som gör det möjligt.

Curva di scarica e profondità utilizzata

Natriumjonbatterier baserade på skiktade katoder eller polyanjoner
(NFPP) presenterar en urladdningsspänningskurva
väsentligen platta i ett brett intervall av laddningsstatus
(SoC) — tipicamente tra il 5% e il 95% — diversamente dal litio ferro
fosfat (LFP), som också har en bred platå men stänger av det användbara fönstret
några procentenheter först på de två ytterligheterna. I praktiken innebär det
att den effekt som batteriet med natrium kan leverera förblir nominell upp till
mycket låga laddningstillstånd, utan att BMS påtvingar derating eller avstängning
urladdningshastighet.

Operativamente questo si traduce in una profondità di scarica utile (DoD)
effektivt utnyttjad överlägsenhet med några procentenheter jämfört
a una batteria al litio di pari capacità nominale. Su una serie giornaliera
i typisk bostadsbelastning, dessa ytterligare punkter flyttar
passaggio dal regime “scarica controllata” al regime “rete suppletiva”
di 30–50 minuti, contribuendo direttamente al miglioramento dell’autonomia
registrerad.

Termiskt beteende

En andra egenskap hos natriumkemi som observerades i data från
monitoraggio è la stabilità delle prestazioni in funzione della temperatura
av träning. Medan för litiumkemikalier är den tillgängliga effekten i
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
förvärvade i nordinstallationer under vintermånaderna, med
temperature ambiente locali misurate nel range −5 °C / +35 °C.

Denna släthet termisk har en betydande praktisk effekt
sull’autonomia: nelle prime ore del mattino, quando il consumo è
typiskt koncentrerat (varmvatten, matlagning, elektrisk uppvärmning
ausiliario) e la produzione PV è ancora minima, la batteria è in grado
att leverera till den effekt som krävs av lasten även om platsen för tekniska installationer
non è climatizzato, evitando il transito di una quota di prelievo da
nät som med andra kemikalier skulle vara oundvikligt.

Diskussion

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

1. Utökat SoC-fönsterden platta spänningskurvan
   tillåter drift med låg laddning till mycket låga nivåer utan effektminskning,
   ökande av den faktiska DoD (Depth of Discharge) som utnyttjas vid daglig cykling.
2. Temperaturberoendeden nominella effekten
   è disponibile anche in condizioni operative non climatizzate,
   att eliminera den typiska nedsättningen för litiumkemier under kalla månader
   och hanterar morgonstress.
3. Dynamiskt svar från paket och BMSlatensen
   nel passaggio da carica a scarica (e viceversa) è inferiore al secondo
   ur de övervakade systemen, ett tillstånd som minimerar förbrukningsandelen
   täckt av nätet i övergång.

Till dessa inneboende faktorer läggs en systemisk faktor:
possibilità di portare la batteria a stati di carica molto bassi senza
accelererande effekter på kalender- och cyklisk nedbrytning. Evidensen
experimentella resultat publicerade på NFPP-katoder och på preussiska katoder
Vit (jfr. Hwang och kollegor., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz och kollegor., J. Phys. Energi 2021) indikerar en
brett stressbred, i linje med att i vår
data, de anläggningar som varit i drift i över 12 månader visar inga avvikelser
sistematiche di SoH rispetto a quelli più recenti.

Studiets begränsningar

Resultaten som presenteras här är indikativa för ett bostadsområde
italienska och bör inte generaliseras till andra konsumentprofiler (kommersiell,
lätt industri, off-grid). 60-dagars observationsfönster
copre una stagionalità limitata; un’analisi su 12 mesi consoliderà la
stima dell’autonomia mediana e permetterà una valutazione separata per
sommar- och vinterterminer, där vi förväntar oss en sammandragning
kontrollerad av mätvärden under de kalla månaderna (på grund av den lägre instrålningen,
(inte på grund av batteriets tekniska begränsningar).

Det observerades också att en icke obetydlig del av den analyserade parken
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
befogenhet.

Slutsatser

L’analisi di campo conferma che, su un parco residenziale italiano
eterogeneo equipaggiato con accumulo agli ioni di sodio Heiwit, è
möjligt att uppnå medelhöga nivåer av energioberoende
superiori all’80%, med mer än en tiondel av parken till
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
förklara dessa värden utan att gå över gränserna
dell’accumulo.

Vi kommer att publicera en uppdatering under de kommande månaderna med täckning av
un anno solare completo e un’analisi separata della distribuzione
dell’autonomia per fascia oraria e per stagione, includendo un
Kvantitativ jämförelse av urladdningskurvan mellan Na-jon och LFP uppmätt
på paket av samma storlek i laboratoriet.