Già nel marzo di quest’anno, la Commissione Europea ha pubblicato una serie di raccomandazioni per stimolare l’adozione di sistemi di accumulo dell’energia prodotta da fonti rinnovabili (in sostanza fotovoltaico ed eolico), intermittenti per loro natura (la loro produzione di energia non è costante nel tempo ma variabile, perché dipende dalla presenza del sole o del vento). Secondo le analisi della Commissione, infatti, l’accumulo dell’energia è fondamentale per la decarbonizzazione. Solo grazie all’immagazzinamento dell’energia prodotta in eccesso e al suo consumo quando le sorgenti rinnovabili non ne producono abbastanza, è possibile aumentare in maniera significativa l’impiego dell’energia green.
Lo storage permette di ottenere la flessibilità di cui un moderno sistema energetico rinnovabile ha bisogno, in modo che l’offerta di energia sia sempre adeguata alla richiesta. L’accumulo consente di stabilizzare la rete e inoltre aiuta a contenere i prezzi dell’energia nelle ore di massimo consumo.
Cos’è un sistema di accumulo
In linea di principio, un sistema di accumulo è un dispositivo capace di immagazzinare energia, per poi rilasciarla quando richiesto. L’energia può essere conservata in molte forme:
- Chimica: batterie a stato liquido, semisolido, solido, idrogeno
- Termica: blocchi di sabbia, rocce frantumate, mattoni coibentati e riscaldati
- Cinetica: volani
- Gravitazionale: dighe con stazioni di pompaggio, torri e pozzi con masse in movimento
Per i sistemi residenziali si tratta nella quasi totalità dei casi di energia chimica, ovvero energia conservata in batterie ricaricabili, di solito al litio.
Queste batterie impiegano normalmente una chimica litio ferro fosfato (LiFePO4 o più brevemente LFP), che consente un’ottima longevità (parecchie migliaia di cicli di carica-scarica), un elevato livello di sicurezza (bassa propensione a fughe termiche con rischio di incendio) e un costo relativamente ridotto. Però hanno una densità energetica inferiore ad altre chimiche basate sul litio (come quella NMC, ossido di nickel manganese cobalto, molto usata nel settore delle automobili elettriche). La densità ridotta delle LFP non è un problema per le installazioni fisse, soprattutto quelle domestiche, perché di solito non ci sono vincoli particolari per quanto riguarda lo spazio e il peso.
Il blocco batterie non contiene solo le celle ma anche una sezione elettronica BMS (Battery Management System), preposta alla loro gestione. Il BMS governa il corretto funzionamento delle batterie, impedisce che si scarichino completamente (la vita utile delle batterie al litio si riduce se sono spesso svuotate di ogni energia), regola l’energia durante la carica in modo che non ci siano surriscaldamenti né correnti eccessivamente intense, in particolare quando le celle sono quasi piene.
Un sistema di accumulo di questo tipo, quindi, è in grado di convertire l’energia elettrica in input in una reazione chimica durante la fase di carica, per poi compiere questo processo al contrario durante la scarica.
Il blocco batteria con la relativa elettronica di controllo può essere un’unità fisicamente indipendente oppure essere integrato in un inverter. In entrambi i casi l’inverter è di tipo ibrido, in grado cioè di gestire al meglio i flussi di corrente tra i pannelli fotovoltaici, i carichi domestici e la carica o la scarica delle batterie. L’inverter ibrido è quindi il cuore di un sistema perfettamente integrato che governa la corrente che circola nell’impianto elettrico domestico.
I vantaggi dell’accumulo
I sistemi di accumulo sono ormai considerati il naturale complemento di un impianto fotovoltaico, soprattutto se di taglia residenziale. Senza un accumulo, infatti, lo sfruttamento dell’energia prodotta dai moduli solari non supera di solito il 30% (il resto viene ceduto alla rete, con un vantaggio economico molto ridotto). Con una batteria per l’accumulo, invece, questa percentuale sale a circa l’80%, perché consente di consumare l’energia, prodotta durante le ore in cui il sole è alto nel cielo, anche di notte o quando il tempo è molto nuvoloso.
L’installazione di batterie per il fotovoltaico a livello delle singole abitazioni consente di creare un sistema di accumulo distribuito, utile non solo per stabilizzare la rete nazionale ma anche per creare le smart grid, reti capaci di reagire velocemente a variazioni della produzione e dei carichi. I sistemi di storage servono anche come unità di backup nei casi in cui la corrente dalla rete viene proprio a mancare.
Le tendenze nel settore dell’accumulo
I costi delle batterie sono in calo
Nel 2010 il costo medio delle batterie al litio era di circa 1.100 dollari per kWh. Nel 2020 questa cifra è scesa a circa 137 dollari (una riduzione dell’89% in dieci anni). Gli analisti si aspettano che questa tendenza continui anche nel prossimo futuro, nonostante le difficoltà di approvvigionamento delle materie prime e il loro costo in aumento. Alcuni esperti ritengono che il costo per kWh potrebbe scendere fino a 60 dollari nel 2030.
Questa discesa dei prezzi ha dato un contributo importante alla diffusione dei sistemi di accumulo: l’energia erogata dalle batterie è addirittura diventata più economica di quella distribuita dalla rete.
Le alternative alle batterie al litio
Sono allo studio accumulatori che non usano batterie al litio, come quelli a flusso basati su reagenti chimici a ciclo chiuso (Redox Flow) e quelli a idrogeno. I primi sono ben scalabili a livello di grandi impianti e hanno una longevità molto elevata. I secondi si basano sulla tecnologia delle celle a combustibile, caratterizzate da una buona efficienza (pari al 60% circa, contro il 90% delle celle al litio). Esistono anche le batterie agli ioni di sodio: il sodio è un materiale molto più facilmente reperibile del litio e quindi è più economico, però la densità energetica è bassa. Secondo BloombergNEF, questo tipo di batteria potrebbe diventare il più diffuso tra i sistemi di accumulo, ma dopo il 2027.
Tutti questi sistemi sono però ancora lontani dalla commercializzazione su larga scala, soprattutto nel settore residenziale.
L’accumulo come servizio
Il costo di acquisto iniziale di un sistema di accumulo è importante, tale da bloccarne l’adozione da parte dei nuclei familiari attenti al portafoglio. Per azzerare questa spesa iniziale, sta prendendo piede la pratica di offrire agli utenti un sistema di accumulo sotto forma di servizio (ESaaS, Energy Storage as a Service). L’azienda fornisce le batterie senza un costo iniziale e l’utente paga un canone mensile o annuale per il servizio. La manutenzione del sistema di accumulo è a carico dell’azienda che offre l’ESaaS. Il modello ESaaS si sta diffondendo nei settori residenziale, commerciale, industriale e utility scale.
I sistemi di accumulo portatili
Sono sempre più numerosi i modelli di pacchi batterie di peso e ingombro contenuti, pensati per essere trasportabili e utilizzabili ovunque, anche all’aperto e in località dove la rete elettrica non arriva. Questi accumulatori sono dotati di un’elettronica di controllo completa e di numerose prese, sia a 220 volt AC sia Usb, per far funzionare e ricaricare ogni genere di piccolo elettrodomestico, dallo smartphone al frigorifero portatile. Molti di tali prodotti accettano in input per la ricarica non solo la corrente di rete ma anche l’energia fornita da pannelli fotovoltaici portatili, per raggiungere un nuovo livello di indipendenza energetica, totalmente off-grid.
L’accumulo nel mondo
Secondo BloombergNEF, il settore dell’accumulo dell’energia ha registrato un nuovo record nel 2022, con l’aggiunta di 16 GW e 35 GWh di capacità, con un aumento del 68% rispetto al 2021. Alcuni analisti prevedono che entro il 2030 si raggiungeranno i 130 GW.
La Cina è la nazione che vanta la crescita più rapida per quanto riguarda l’accumulo, mentre gli Stati Uniti risentono di rallentamenti nello dispiegamento di nuovi impianti, a causa di ritardi nella realizzazione dei progetti. L’area geografica EMEA (Europa, Medio Oriente e Africa) è cresciuta di 4,5 GW e 7,1 GWh nel 2022. In questa regione il settore residenziale è stato il più vitale e secondo le previsioni continuerà a esserlo fino al 2025. BloombergNEF si aspetta che l’EMEA raggiungerà un totale di 114 GW e 285 GWh entro la fine del 2030 (una crescita di 10 volte in termini di GW), con UK, Germania, Italia, Grecia e Turchia ai primi posti per quanto riguarda le nuove installazioni di sistemi di accumulo.