Guida per sapere cos'è l'accumulo di energia a batteria e la sua importanza

Con il rapido sviluppo della società umana, la conversione e l'applicazione delle energie rinnovabili sono diventate sempre più importanti. Di conseguenza, i sistemi di accumulo a batteria sono emersi come una tecnologia chiave. Possono aiutarci a ridurre le emissioni di carbonio e a ottenere un approvvigionamento energetico più ecologico, efficiente e affidabile. Questo articolo esplora principalmente la definizione, i principi e il significato di questa tecnologia.

Definizione di sistema di accumulo di energia a batteria

I sistemi di accumulo di energia a batteria vengono comunemente chiamati BESS. Si tratta di una soluzione per le energie rinnovabili in grado di convertire e immagazzinare l'energia eolica e solare in energia elettrica per essere utilizzata dai consumatori quando necessario. I componenti di base di un BESS comprendono:

Celle della batteria: Sono i componenti principali responsabili dell'accumulo di energia in un BESS, tipicamente composto da più unità di batterie singole.

Sistemi di gestione: Include il sistema di gestione della batteria (BMS) e il sistema di gestione dell'energia (EMS), che monitorano lo stato della batteria e ne garantiscono il funzionamento sicuro.

Sistema di conversione di potenza (PCS): È responsabile della conversione tra corrente alternata (CA) e corrente continua (CC), garantendo la compatibilità della batteria con la rete elettrica o il carico.

Apparecchiature ausiliarie: Come i sistemi di raffreddamento, i dispositivi di protezione di sicurezza, i connettori e così via, per supportare il funzionamento stabile del sistema.

Come funzionano i sistemi di accumulo dell'energia a batteria？

Il funzionamento di un sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) si divide in due fasi: carica e scarica.

Durante la fase di carica, l'elettricità a corrente alternata (CA) trasmessa dalla rete o da fonti di energia rinnovabili viene convertita in corrente continua (CC) dal sistema di conversione di potenza (PCS). Quando passa attraverso le celle della batteria, si verifica una reazione elettrochimica che converte la corrente continua in energia chimica da immagazzinare.

Nella fase di scarica, l'energia chimica immagazzinata viene riconvertita in elettricità CC attraverso una reazione elettrochimica e poi convertita in elettricità CA con l'aiuto del PCS. In questo modo l'energia immagazzinata viene rilasciata per soddisfare le esigenze della rete elettrica o del carico.

In sintesi, un BESS si carica e si scarica attraverso reazioni elettrochimiche. Accumula energia quando c'è un'eccedenza di elettricità e la rilascia quando c'è una domanda.

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Vantaggi e svantaggi del sistema di accumulo di energia a batteria

Gli utenti fedeli dei sistemi di accumulo di energia a batteria sono presenti in tutto il mondo e contribuiscono in modo significativo al settore delle energie rinnovabili. Possiamo giudicare la sua importanza dai benefici che offre.

Perché l'accumulo di energia è importante?

Risposta rapida

L'accumulo di energia a batteria può anche fungere da alimentazione ininterrotta, rivelandosi estremamente utile in scenari che richiedono un'elevata velocità di risposta. Infatti, può fornire energia quasi istantaneamente nel momento in cui si verifica un'interruzione di corrente.

Riduzione delle emissioni di carbonio

Il BESS utilizza fonti di energia rinnovabili per generare elettricità, riducendo non solo l'uso di combustibili fossili ma anche le emissioni di gas serra.

Fonte di alimentazione di backup

L'energia immagazzinata in un BESS può servire come fonte di alimentazione di riserva per abitazioni, aziende, ospedali, centri dati e altre strutture critiche. In caso di interruzioni di corrente o di instabilità della rete, il sistema di accumulo di energia può rilasciare energia elettrica per continuare ad alimentare le apparecchiature, contribuendo ad aumentare l'indipendenza energetica della casa e a ridurre la dipendenza dalla rete.

Riduzione dei costi energetici

Il sistema di accumulo energetico immagazzina energia quando i prezzi dell'elettricità sono bassi. Durante i periodi di picco di utilizzo, quando i prezzi dell'elettricità sono più alti, può rilasciare l'energia. In alcune regioni, è persino possibile vendere l'elettricità accumulata in eccesso alla rete. In questo modo non solo si riducono le spese per l'elettricità, ma si può anche accelerare il ritorno dell'investimento e generare profitti.

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Svantaggi del BESS

Costi iniziali relativamente elevati

Sebbene i costi siano in continua diminuzione e vi siano vantaggi a lungo termine, l'investimento iniziale per i sistemi di accumulo di energia a batteria è ancora piuttosto elevato.

Variabilità regionale

In alcune aree, la diffusione su larga scala dei sistemi di accumulo di energia a batteria non è fattibile a causa di problemi legati al clima, alle normative legali, alla catena di approvvigionamento, ecc.

Tipi di sistemi di accumulo di energia a batteria

In base ai diversi tipi di celle utilizzate, possiamo classificare i sistemi di accumulo di energia a batteria nei seguenti tipi:

Sistemi di accumulo con batterie agli ioni di litio

I sistemi utilizzano batterie agli ioni di litio o al litio ferro fosfato come mezzo di accumulo. Sono popolari tra gli utenti e i mercati perché hanno un'alta densità energetica, una lunga durata di ciclo e possono caricarsi e scaricarsi in modo efficiente con una manutenzione minima:

Alta densità di energia, ovvero dimensioni e peso complessivi ridotti, ma in grado di fornire maggiore potenza.

Lunga durata, con la tecnologia al litio ferro fosfato che offre una durata di vita più volte superiore a quella di altri tipi di batterie.

Il basso tasso di autoscarica consente di immagazzinare elettricità per periodi prolungati con perdite minime.

I sistemi di accumulo a batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzati nei veicoli per il trasporto elettrico, nell'accumulo di energia a livello domestico e commerciale, nei servizi di rete e negli scenari off-grid e microgrid.

Sistemi di accumulo con batterie al piombo

Le celle utilizzate in questi sistemi sono batterie al piombo-acido. Si tratta di una tecnologia tradizionale ma matura, con costi inferiori; tuttavia, ha una densità energetica inferiore, una durata di vita più breve e richiede una manutenzione regolare. Rispetto alle batterie agli ioni di litio, le batterie al piombo devono essere sostituite più frequentemente. Sono spesso utilizzate in applicazioni che richiedono una potenza elevata, come l'avviamento di motocicli e automobili.

Sistemi di accumulo a batterie sodio-zolfo

I sistemi di accumulo che utilizzano batterie sodio-zolfo come mezzo di accumulo devono funzionare a temperature elevate e hanno requisiti di sicurezza e manutenzione più elevati. Sono più adatti per applicazioni su larga scala e hanno un campo di utilizzo più ristretto.

Sistemi di accumulo a batteria a flusso

Un tipo comune è la batteria a flusso redox al vanadio. Questi sistemi immagazzinano una grande quantità di energia, hanno una durata di vita più lunga, un'elevata scalabilità e supportano la regolazione indipendente di potenza e capacità. Tuttavia, i loro sistemi sono relativamente complessi e i costi di installazione e manutenzione sono più elevati.

A cosa serve il sistema di accumulo di energia a batteria?

Sì, i sistemi di accumulo di energia a batteria possono essere applicati in una varietà di scenari diversi. In base a questi casi d'uso, possiamo classificarli ulteriormente in diverse categorie.

Sistemi di accumulo energetico residenziali

For home power supply, smaller systems are often used in conjunction with solar photovoltaic panels, with capacities typically at 5kWh, 10kWh, 15kWh, o 20kWh. They can serve as emergency backup power sources, providing reliable electricity for households while also taking advantage of electricity price differences to save on expenses.

Sistemi di accumulo di energia per uso commerciale

Energy storage systems for commercial buildings such as businesses, municipal facilities, and multi-unit residential properties are larger in scale, with capacities ranging from 30kWh to 2000kWh. Using energy storage systems can also improve their energy efficiency and save on electricity costs. A reliable uninterruptible power supply can prevent irrecoverable losses for commercial facilities.

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Sistemi industriali di accumulo dell'energia

I sistemi di accumulo di energia per uso industriale possono fornire un'alimentazione di riserva stabile, controllando al contempo i costi dell'elettricità.

Sistemi di accumulo di energia su scala di rete

I sistemi di accumulo a batteria che possono immagazzinare energia a livello di megawatt sono adatti a servizi di pubblica utilità come la rete elettrica. Integrando l'energia rinnovabile, possono regolare la domanda di rete e ottenere il bilanciamento del carico nell'area, non solo migliorando la stabilità ma anche risparmiando sui costi di manutenzione.

Sistemi di accumulo energetico per microgrid

Nelle aree remote o con reti elettriche indipendenti su piccola scala, l'energia immagazzinata dai sistemi di accumulo può migliorare la stabilità e l'affidabilità.

Produttori di sistemi di accumulo di energia a batteria

Tesla

Tesla’s headquarters are located in the United States, and the company primarily designs, manufactures, and sells fixed battery energy storage devices, solar panels, and related products and services ranging from home to grid-scale. Among these, the Powerwall is widely used for residential and commercial purposes.

LG Chem

Con sede in Corea del Sud, LG Chem offre vari tipi di batterie agli ioni di litio e detiene una posizione importante nei mercati dei veicoli elettrici e dell'accumulo di energia.

Top Delong

Established in 2012 and headquartered in Shenzhen, China, with a factory in Dongguan covering an area of 6,000 square meters, Delong has its own R&D team. Its main products include deep cycle batteries, batterie per l'accumulo di energia, power batteries, high voltage batteries, sodium-ion batteries, and portable power sources. Delong has consistently provided efficient and reliable power solutions for the home, commercial, and industrial sectors.

FAQ

Qual è la differenza tra una batteria e un BESS?

Batteries directly provide electrical energy to devices and can be divided into two types: single-use and ricaricabile. There can be a significant size difference between different types of batteries, such as AAA batteries compared to electric vehicle battery packs. Additionally, a battery can be a single electrochemical cell or a simple assembly of multiple cells.

I sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) sono più complessi e di dimensioni relativamente maggiori. I loro componenti comprendono batterie, sistemi di controllo, sistemi di conversione dell'energia e sistemi di gestione termica. I BESS sono tipicamente utilizzati per applicazioni su larga scala, come abitazioni, impianti commerciali e industriali o la rete elettrica.

Qual è la differenza tra batteria di potenza e batteria di accumulo di energia?

Esistono differenze significative tra i due in termini di progettazione, specifiche e scenari applicativi.

Le batterie di potenza sono più focalizzate su un'elevata potenza in uscita per brevi periodi, progettate per rilasciare rapidamente energia per fornire propulsione a dispositivi come veicoli elettrici, biciclette elettriche, motociclette elettriche, droni e altro ancora.

Le batterie per l'accumulo di energia sono progettate con l'obiettivo di immagazzinare e rilasciare energia elettrica per periodi più lunghi, richiedendo una produzione di energia sostenuta. Si trovano comunemente in scenari economicamente vantaggiosi, come gli ambienti residenziali, commerciali e industriali, nonché la rete elettrica.

Che cos'è il sistema di accumulo ibrido di energia?

I sistemi ibridi di accumulo di energia combinano due o più tipi diversi di tecnologie di accumulo, come le batterie agli ioni di litio, le batterie di flusso e l'accumulo di energia ad aria compressa. Il vantaggio consiste nel migliorare le prestazioni complessive del sistema, prolungandone il ciclo di vita e aumentandone l'affidabilità per migliorare l'efficienza economica del sistema. Attualmente, i sistemi ibridi di stoccaggio dell'energia sono spesso utilizzati per la regolazione dell'energia in scenari quali aree remote, microgrid e ambienti commerciali e industriali su larga scala.

Cosa si usa per misurare la capacità totale di accumulo di energia della batteria?

In genere si utilizzano due parametri per misurare la capacità totale di un sistema di accumulo di energia a batteria: la capacità energetica (kWh) e la capacità di potenza (kW), come 10kWh e 5kW. Questo perché l'energia (kWh) è uguale alla potenza (kW) moltiplicata per il tempo (h). Un sistema di accumulo da 10kWh può fornire 1kW di potenza per un funzionamento continuo per 10 ore, o 5kW di potenza per 2 ore.

Qual è la migliore batteria per l'accumulo di energia?

Scenari applicativi ed esigenze diverse comportano requisiti prestazionali diversi per i sistemi di accumulo dell'energia. Al momento di prendere una decisione, è spesso necessario considerare diversi fattori, come la densità energetica, la potenza, la durata del ciclo, il costo, la velocità di ricarica, l'efficienza, ecc. Tra i principali sistemi di accumulo dell'energia sopra menzionati, le batterie agli ioni di litio sono le più utilizzate grazie alla loro elevata densità energetica e alla capacità di ricarica rapida.

Dimensioni del sistema di accumulo di energia a batteria

La capacità energetica e la capacità di potenza di un BESS influiscono sulle sue dimensioni fisiche e sul suo peso. Maggiore è la capacità energetica, maggiore è il numero di batterie e il volume necessario, con conseguente aumento delle dimensioni. Più alta è la capacità di potenza, più batterie sono necessarie per fornire una corrente sufficiente, il che comporta un aumento delle dimensioni del sistema. Inoltre, anche il tipo di batteria, il design del sistema e i requisiti dell'applicazione avranno un impatto sulle dimensioni del sistema.

Consigliare un sistema di accumulo di energia a batteria

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Sistema di accumulo energetico a batteria al litio da 10kwh montato a parete

Sistema di accumulo dell'energia con batterie al litio montate su rack da 15kwh

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Conclusione

I sistemi di accumulo di energia a batteria sono sia complessi che semplici e offrono numerose comodità alle persone. La comprensione delle conoscenze pertinenti ci aiuta a selezionarli, utilizzarli e mantenerli.