Batterie di accumulo: cosa sono e come funzionano

Le batterie di accumulo rappresentano una tecnologia fondamentale per ottimizzare il funzionamento e massimizzare i benefici degli impianti di produzione di energia elettrica da fonti alternative. Questi innovativi sistemi consentono di immagazzinare l’energia prodotta da pannelli fotovoltaici, pale eoliche o altre fonti green per poi rilasciarla quando necessario, compensando la discontinuità insita in molte rinnovabili.

Le batterie permettono quindi di bilanciare domanda e offerta di elettricità, riducendo gli sprechi e massimizzando l’autoconsumo. Inoltre, livellano i picchi di assorbimento di potenza, con benefici per la rete elettrica nazionale.

Infine, se correttamente dimensionate e gestite, portano a un tangibile risparmio economico per gli utenti finali. In questo articolo analizzeremo nel dettaglio cos’è e come funziona una moderna batteria di accumulo, le diverse tecnologie e materiali impiegati, la relazione con il fotovoltaico e i principali vantaggi ambientali ed economici che questi sistemi possono offrire.

Cos’è una batteria di accumulo

Prima di tutto, cos’è esattamente una batteria di accumulo? Senza contare che ormai tutti sappiamo cos’è una normale batteria, quelle di accumulo hanno alcune caratteristiche specifiche. In poche parole, si tratta di sistemi in grado di immagazzinare energia elettrica per poi rilasciarla quando necessario.

La loro funzione principale è quella di bilanciare la produzione e il consumo di elettricità. Ragion per cui risultano particolarmente utili in abbinamento agli impianti di energia rinnovabile come i pannelli fotovoltaici, che hanno una produzione discontinua in base alle condizioni meteo.

I diversi tipi di batterie

Le batterie al piombo rappresentano attualmente la tipologia più diffusa e meno costosa di sistema di accumulo per impianti elettrici, fotovoltaici e non. Il loro funzionamento si basa su un processo elettrochimico che avviene tra gli elettrodi di piombo e l’elettrolita solitamente costituito da acido solforico diluito.

Durante la fase di carica, tale processo porta alla formazione di piombo metallico poroso sull’elettrodo negativo e di biossido di piombo sull’elettrodo positivo. Viene così accumulata energia chimica, poi rilasciata sotto forma di elettricità durante la fase di scarica.

I vantaggi delle batterie al piombo sono essenzialmente il basso costo iniziale, sia di acquisto che di installazione e manutenzione, nonché una buona resistenza alle basse e alte temperature. Hanno però una vita media relativamente contenuta, attorno ai 5 anni o 1000 cicli di carica/scarica. Inoltre gli elettrodi e l’elettrolita utilizzati, essendo tossici, richiedono particolari procedure di smaltimento a fine vita.

Possono raggiungere una capacità di qualche kWh e una potenza da 1 a 10 kW, con un volume e peso decisamente importanti. Per questo motivo vengono solitamente installate in appositi locali tecnici o shelter esterni all’abitazione.

Le batterie al litio, invece, sfruttano il litio, metallo leggero con elevata capacità di immagazzinare e rilasciare ioni di carica. Hanno costi superiori ma una vita media fino a 10 anni, con centinaia di cicli di carica/scarica. Inoltre non utilizzano materiali tossici.

Infine, ci sono le batterie a fluorene di vanadio. Si basano su speciali celle al vanadio in grado di immagazzinare grandi quantità di energia. Costose ma con vita media fino a 20 anni e migliaia di cicli di carica/scarica. Richiedono pochissima manutenzione.

Il funzionamento delle batterie di accumulo

Vediamo ora più nel dettaglio come funziona internamente una batteria di accumulo. I processi principali sono essenzialmente tre.

1. Carica e scarica. Durante la carica, la batteria immagazzina energia elettrica attraverso reazioni chimiche interne che legano gli ioni in eccedenza a elettrodi appositi. Man mano che si carica, aumenta la differenza di potenziale (voltaggio) tra gli elettrodi, generando la capacità di erogare elettricità. Quando invece viene richiesta potenza elettrica al sistema, avviene il processo contrario di scarica: gli ioni vengono rilasciati dagli elettrodi e la differenza di potenziale diminuisce. L’energia chimica immagazzinata viene così convertita nuovamente in elettricità utilizzabile.
2. Ciclo di vita. Ogni ciclo di carica e scarica provoca un certo decadimento degli elettrodi e dei materiali attivi interni alla batteria. Con l’uso, quindi, la capacità di immagazzinamento si riduce lentamente. Ogni tipologia di batteria è caratterizzata da un certo numero di cicli prima che gli elettrodi debbano essere sostituiti. In genere si arriva a qualche migliaio di cicli per le batterie agli ioni di litio, fino ad oltre 10.000 per quelle al fluorene di vanadio.
3. Capacità e potenza. Due parametri fondamentali sono la capacità della batteria (quanta energia può immagazzinare in totale) e la sua potenza (quanta corrente può erogare istantaneamente). Queste caratteristiche dipendono dal numero e dalla tipologia specifica di celle di cui è composta.

Tutti i vantaggi di una batteria di accumulo abbinata all’impianto fotovoltaico

Vediamo ora perché le batterie di accumulo sono particolarmente utili abbinate agli impianti fotovoltaici domestici. I principali vantaggi sono essenzialmente tre.

• Aumento dell’autoconsumo. Con una batteria l’energia prodotta dai pannelli solari durante il giorno, anziché essere ceduta in toto alla rete, può essere in parte accumulata e utilizzata la sera o di notte per alimentare gli elettrodomestici e l’illuminazione. Si ottiene così un aumento della quota di autoconsumo, fino ad oltre il 70-80%, con relativo risparmio in bolletta.
• Riduzione dei picchi di potenza. La presenza della batteria permette inoltre di ridurre i picchi di assorbimento di potenza dalla rete, livellando i consumi domestici nell’arco della giornata grazie all’energia costantemente disponibile nell’accumulatore.
• Risparmio economico. L’investimento iniziale per l’acquisto e installazione della batteria viene ammortizzato nel tempo dal risparmio ottenuto in bolletta grazie ai benefici sopra descritti. In genere il rientro economico avviene in un periodo variabile tra i 5 e 10 anni a seconda dell’utilizzo e delle tariffe.

In conclusione, le batterie di accumulo si stanno rivelando una tecnologia chiave per ottimizzare il funzionamento degli impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, compensandone la discontinuità produttiva e massimizzandone i già importanti benefici ambientali.

Questi sistemi consentono di immagazzinare l’elettricità prodotta da pannelli fotovoltaici, turbine eoliche o altre fonti pulite per poi rilasciarla quando richiesta dall’utenza, bilanciando domanda e offerta. In tal modo si riducono sprechi e inefficienze, aumentando l’autoconsumo anche oltre il 70-80%.

Inoltre, la presenza di accumulatori elettrochimici permette di ridurre i picchi di assorbimento di potenza dalla rete, livellando i carichi e apportando benefici all’infrastruttura elettrica nazionale. E col tempo, se adeguatamente dimensionate e gestite, le batterie portano anche a un concreto risparmio in bolletta per gli utenti finali.

Le tecnologie più diffuse al momento, come visto, sono le batterie al piombo, al litio e al fluorene di vanadio, ciascuna con proprie caratteristiche tecniche ed economiche. Ma gli sviluppi futuri potrebbero portare a soluzioni con prestazioni e costi sempre migliori.

Insomma, quella delle batterie di accumulo è una industry in grande crescita ed espansione, destinata a rivestire un ruolo sempre più strategico con l’aumento costante della produzione elettrica da rinnovabili. Una tecnologia smart, versatile ed eco-sostenibile, che fa ben sperare per un futuro energetico più pulito e consapevole.