L'interesse crescente per lo stoccaggio dell'energia (ESS) è chiaramente legato all'aumento dei costi dell'elettricità, ma favorisce anche il perseguimento di obiettivi globali in materia di clima. Inoltre, lo stoccaggio di energia ha il potenziale di rendere la società meno esposta agli eventi geopolitici
In Europa un numero crescente di imprese si sta impegnando attivamente nella transizione verso pratiche più ecologiche rispetto al passato, guardano con occhio sempre più benevolo alla sostenibilità. Questa tendenza è dovuta in gran parte all'aumento degli investimenti mirati allo sviluppo di sistemi di alimentazione basati su fonti energetiche rinnovabili.
Oltre all'impegno per raggiungere gli obiettivi di zero emissioni di CO2, molte realtà europee sono spinte all’azione dall'incremento dei costi dell'elettricità. Infatti, l'incertezza e la volatilità dei prezzi dell'energia richiedono misure a lungo termine per mitigare le fluttuazioni dei costi energetici e garantire stabilità.
Questo scenario ha reso necessario un cambiamento di prospettiva, spostando l'attenzione sia sul miglioramento dell'efficienza energetica (in ogni ambito) sia sull'obiettivo di acquisire una sempre maggiore indipendenza dal punto di vista energetico.
Sparq, un'azienda del Gruppo Cebon, si pone come partner tecnologico esperto nel campo dei sistemi di alimentazione e di stoccaggio energetico, utilizzando tecnologie all'avanguardia per la realizzazione di sistemi sostenibili che traggono vantaggio dalle fonti energetiche rinnovabili.
Stoccaggio di energia ad uso agricolo
La Svezia, sede di Sparq, rappresenta un indicatore chiave in merito allo stoccaggio energetico. Man mano che cresce il riconoscimento dell'importanza delle soluzioni sostenibili, le aziende svedesi investono in progetti a lungo termine nei sistemi di stoccaggio energetico.
L'attuale scenario economico e politico ha un impatto su molti settori, compreso quello agroalimentare, a causa dell'incremento dei prezzi dell’energia. Cresce quindi la necessità di disporre di sistemi in grado di mitigare le conseguenze delle fluttuazioni dei prezzi e garantire stabilità.
Sparq realizza anche sistemi di energy storage su misura, dove la sfida è quella di soddisfare le aspettative e le specifiche del cliente, poiché ciò può influire sia sul prezzo sia sulle capacità effettive del sistema. Un esempio interessante è dato da un recente progetto svedese, dove è stato sviluppato un sistema di energy storage su misura per uso agricolo. Il cliente aveva l'obiettivo di ridurre i costi energetici durante i picchi di domanda, considerato che nella gran parte dei casi le fasce orarie in cui l'energia è più costosa sono quelle diurne. Sparq ha progettato un sistema BESS (Battery Energy Storage System) con una potenza di 400 kW e una capacità di 400 kWh, dotandolo di inverter e di un sistema antincendio per garantirne attivamente la sicurezza.
Il sistema utilizza batterie LiFePo4 di alta qualità, include un sistema di raffreddamento e la gestione di un BMS (Battery Management System). La particolarità dei progetti Sparq è quella di consegnare un prodotto “out-of-the-box” pensando non solo agli aspetti tecnici ma anche a quelli gestionali e logistici; la soluzione descritta è stata inserita in un container da 2,5 × 2,5 × 3,00 metri.
Batterie agli ioni di litio, NMC e LFP
Le batterie comunemente denominate agli ioni di litio sono diventate una componente indispensabile della vita quotidiana e svolgono un ruolo cruciale nel guidare la transizione verso le fonti di energia rinnovabile.
Queste centrali elettriche ricaricabili non solo ci consentono di investire in soluzioni di energia off-grid (solare ed eolica), ma ci consentono anche di immagazzinare in modo efficiente l’energia in eccesso per un uso futuro nelle strutture in cui sono impiegate. Di conseguenza trovano ampia applicazione nei sistemi di accumulo di energia sia residenziali che industriali.
La composizione delle batterie agli ioni di litio è strutturata con un anodo di grafite (-) e un catodo (+) costituiti da vari materiali, che definiscono la chimica della batteria.
Durante i cicli di carica e scarica, gli ioni di litio si muovono avanti e indietro tra gli elettrodi positivo e negativo, generando un flusso di elettroni e di conseguenza una corrente elettrica. Questo processo consente alle batterie agli ioni di litio di essere fonti di alimentazione altamente efficienti e versatili, per una vasta gamma di applicazioni.
Batterie NMC
Gli ossidi di nichel manganese cobalto, o NMC, sono batterie con catodo costituito da ossido di litio, manganese e cobalto. Queste centrali elettriche ricaricabili sono emerse come l’opzione preferita per un’ampia gamma di applicazioni.
A causa del loro ciclo di vita prolungato e dell’elevata densità di energia (hanno la capacità di immagazzinare una quantità considerevole di energia rispetto alle loro dimensioni e al loro peso, immagazzinano fino a 150/200 Wh/kg), le batterie NMC sono una delle fonti di energia preferite. Ciò è particolarmente importante per i dispositivi portatili che richiedono molta energia per funzionare per un lungo periodo di tempo, come telefoni cellulari, laptop e altri dispositivi elettronici.
A parte la grande quantità di energia immagazzinata nelle batterie NMC, un altro attributo le distingue all’interno della famiglia batterie: il ciclo di lunga durata. Prima che le loro prestazioni inizino a diminuire considerevolmente, le batterie NMC possono tollerare dai 500 ai 1000 cicli di carica/scarica. Grazie anche a questa caratteristica sono preferite per l'uso nei veicoli e nei dispositivi digitali che richiedono di essere regolarmente caricati.
Poiché le batterie agli ioni di litio contengono elettroliti infiammabili, devono essere sempre maneggiate con cura per evitare danni, in caso contrario sussiste il rischio di esplosione e incendio.
Batterie al litio ferro fosfato o LFP
Le batterie LFP, chiamate anche batterie LiFePo4, sono una tipo di batteria agli ioni di litio in cui il fosfato di ferro viene utilizzato come materiale catodico. Questa combinazione ha vari vantaggi che hanno portato alla sua crescente popolarità. Possono sopportare dai 1.000 ai 10.000 cicli senza degrado delle prestazioni. Ciò rende le batterie LiFePo4 ideali per applicazioni che richiedono frequenti operazioni di ricarica come, ad esempio, nei veicoli elettrici che richiedono una ricarica giornaliera.
Negli ultimi anni queste batterie hanno registrato un aumento di popolarità, principalmente grazie alle loro eccezionali caratteristiche di sicurezza, perché mostrano una notevole resistenza alla fuga termica, una condizione critica che può portare a riscaldamento incontrollato, a incendi ed esplosioni in altri tipi di batterie.
Questo profilo rende le batterie LFP un’opzione ideale per applicazioni in cui la sicurezza è della massima importanza.
La sicurezza intrinseca delle batterie LFP risiede nella loro capacità di non surriscaldarsi anche in caso di sovraccarico; le particolari proprietà del catodo fosfato gli impediscono di bruciare o scoppiare in tali circostanze, garantendo un funzionamento affidabile.
Allo stesso tempo, le batterie al litio ferro fosfato hanno un tasso di auto-scarica estremamente basso. Ciò implica che queste batterie possono mantenere la carica per un lungo periodo di tempo quando non vengono utilizzate (hanno una durata di circa 350 giorni) e non necessitano di essere ricaricate spesso. Di conseguenza, sono ideali per i sistemi di alimentazione di backup e per le apparecchiature che non sono utilizzate frequentemente. Le applicazioni mediche, le auto ibride e i veicoli elettrici richiedono batterie ad alta tensione che non sempre richiedono una ricarica continua.
La tecnologia di accumulo può essere selezionata in base a una varietà di criteri, in funzione delle esigenze particolari dettate dall’applicazione. Ovviamente non c’è una linea netta di demarcazione tra le due tecnologie.
Le batterie NMC hanno una tensione nominale più elevata che varia da 3,6 V a 3,7 V per cella mentre le batterie LFP, hanno una tensione nominale inferiore che varia da 3,2 V a 3,3 V per cella. Ciò determina la compatibilità della batteria con dispositivi e applicazioni.
Le batterie al litio ferro fosfato sono spesso utilizzate per applicazioni che valorizzano la sicurezza, la longevità e le prestazioni in condizioni di alta temperatura. Sono meno inclini a prendere fuoco o esplodere grazie alla loro migliore stabilità termica. I sistemi di accumulo dell’energia, i sistemi di alimentazione di backup e i carrelli elevatori elettrici sono esempi di applicazioni in cui la sicurezza della batteria è fondamentale (smaltimento incluso).
Diversi settori che hanno deciso di investire molto nella sostenibilità, selezionano le soluzioni basandosi anche sulla natura e sulla disponibilità delle risorse. Con questa visione, dovendo decidere tra batterie al nichel manganese cobalto e batterie al litio ferro fosfato, è necessario esaminare altri aspetti prima di approdare alla soluzione completa per il proprio prodotto:
- Le batterie LFP utilizzano come materiale catodico il fosfato di ferro, che è più abbondante e accessibile del cobalto utilizzato nelle batterie NMC. L'impatto ambientale dell'attività mineraria è meno pesante grazie alla maggiore disponibilità del fosfato di ferro.
- Le batterie LFP sono più ecologiche poiché hanno un impatto minore sull'ambiente rispetto ad altri prodotti chimici. Sono interamente riciclabili e quindi una buona scelta per coloro che cercano una soluzione più ecologica per i propri progetti.
- Le batterie NMC possono anche essere riciclate per recuperare componenti importanti e mitigare il negativo impatto ambientale. Tuttavia, il cobalto contenuto nelle batterie NMC è difficile da estrarre e da riciclare correttamente.
Quando si selezionano le batterie per applicazioni industriali, ci sono sempre problemi su quale chimica sia più adatta alle prestazioni. In alcuni casi, le batterie LFP si prestano meglio delle batterie NMC. Come detto in precedenza, hanno una lunga durata, sono sicure da usare e abbastanza eco-compatibili.
Tuttavia, alcune applicazioni richiedono molta energia per una durata di funzionamento più lunga, motivo per cui molti settori optano per NMC come fonte di energia primaria.
Poiché i vantaggi di ciascun tipo di batteria differiscono (sfumando una nell’altra), è fondamentale disporre di un team specializzato che selezioni quali attributi privilegiare nella scelta.
Sparq dispone di un team dedicato di ingegneri qualificati e di specialisti di prodotto, capaci di trovare la soluzione preferenziale per un'ampia gamma di aree applicative.
La crescente adozione dei sistemi di stoccaggio energetico non è solo dettata da obiettivi fondamentali come zero emissioni di CO2 e l'indipendenza energetica, ma viene favorita anche dagli avanzamenti tecnologici. La ricerca e sviluppo, introducendo nuove tecnologie e materiali innovativi, ha portato a rilevanti miglioramenti dei sistemi di energy storage in termini di prestazioni, affidabilità, sicurezza e costo. La flessibilità di questi sistemi nel rispondere a esigenze specifiche rappresenta un forte incentivo per chi fosse ancora indeciso sull'adozione. L'adattabilità dei sistemi di stoccaggio di nuova generazione ha consentito di penetrare in settori precedentemente considerati meno attraenti, poco adatti o molto complessi.
Ad oggi lo stoccaggio energetico è stato spesso associato a utilizzi domestici, tuttavia questi sistemi possono essere incredibilmente flessibili, adattandosi a diversi contesti, come dimostra l’applicazione nel settore agricolo descritta. La missione di Sparq è quella di cercare soluzioni innovative per ridurre la dipendenza da fattori esterni, enfatizzando la necessità di una visione a lungo termine. Questo offre notevoli opportunità in tutta Europa, compreso il mercato italiano, che sta puntando sempre più su fonti energetiche rinnovabili.
Anche se in Italia il panorama energetico è influenzato da dinamiche diverse rispetto ai paesi nordici, sta aumentando l’interesse da parte di imprese e privati che si preparano al futuro energetico con molta più consapevolezza.
