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Le reti elettriche oggi stanno sempre più virando verso configurazioni combinate di solare e accumulo, dove i pannelli solari operano insieme a batterie agli ioni di litio oppure a sistemi di batterie a flusso. L'idea principale è abbastanza semplice: immagazzinare l'energia extra prodotta durante il giorno in modo da utilizzarla quando la domanda aumenta la sera o quando la rete incontra problemi. Con le fonti rinnovabili che rappresentano già oltre il 20 percento dell'elettricità in diverse regioni, le compagnie elettriche non considerano più questi sistemi di batterie come accessori opzionali. Al contrario, hanno iniziato a considerarli componenti fondamentali dell'infrastruttura della rete, qualcosa che necessita di pianificazione fin dall'inizio piuttosto che essere aggiunto in un secondo momento come ripensamento.
L'aggiunta di sistemi di accumulo vicino ai parchi solari li rende fonti di energia molto più flessibili. Prendiamo ad esempio l'impianto solare da 250 megawatt in Arizona. Durante le ore serali di punta, quando tutti accendono luci e apparecchi elettrodomestici, il sistema a batteria integrato del sito è entrato in funzione fornendo 100 megawatt per quattro ore, attingendo dalla sua capacità totale di 400 megawattora. Questo ha evitato che quegli impianti a gas di vecchia generazione, utilizzati per soddisfare la domanda di picco, dovessero essere attivati solo per poche ore aggiuntive. Questi tipi di configurazioni riducono la necessità di linee elettriche di lunga distanza e possono effettivamente riavviare la rete dopo interruzioni significative. Secondo studi recenti del NREL, le aziende elettriche stanno registrando un risparmio di circa il 40 percento sugli interventi complessi di regolazione della frequenza necessari per mantenere tutto in equilibrio, quando abbinano l'accumulo ai loro impianti solari.
Guardando il quadro generale, è evidente che vi è stato un aumento significativo dell'accumulo di energia aggiunto agli impianti solari su larga scala in America. Secondo Market.us dello scorso anno, circa i tre quarti di tutti i progetti solari pianificati per il periodo 2023-2024 includeranno qualche tipo di sistema di accumulo. Cosa significa concretamente? Beh, il nostro Paese dispone già di circa 20,7 gigawatt di batterie operative. Cifra che, in effetti, è piuttosto impressionante, considerando che queste potrebbero garantire energia per illuminare circa 15 milioni di famiglie in caso di blackout della durata di quattro ore consecutive. Alcuni Stati che hanno stabilito obiettivi per la produzione di energia pulita stanno iniziando a richiedere che i nuovi impianti solari siano dotati di soluzioni di accumulo integrate. Questa spinta normativa crea opportunità per le aziende che intendono effettuare interventi di retrofitting. Gli esperti stimano che questa sola esigenza potrebbe generare circa 12 miliardi di dollari all'anno soltanto per aggiornare i sistemi esistenti con un adeguato sistema di backup entro la metà del prossimo decennio.
I progetti solari su scala elettrica si affidano principalmente alle batterie agli ioni di litio oggigiorno, poiché offrono un'efficienza di ciclo pari a circa il 90% e i prezzi sono diminuiti notevolmente negli ultimi tempi, fino a circa 89 dollari al kWh secondo i dati del 2023. Queste batterie funzionano molto bene quando abbiamo bisogno rapidamente di molta potenza per un paio d'ore, generalmente tra 4 e 8 ore di accumulo. Tuttavia, ora nuovi concorrenti stanno entrando nel mercato, come le batterie a flusso ferro-aria e zinco-bromo, che sembrano più adatte per quelle situazioni in cui in realtà abbiamo bisogno di immagazzinare energia per periodi molto più lunghi, magari da 12 ore fino anche a oltre 100 ore. I ricercatori hanno compiuto progressi anche nei materiali per catodi, superando la soglia di densità energetica delle batterie agli ioni di litio di 300 Wh per kg, il che significa che le aziende possono installare sistemi batterie più piccoli senza dover rinunciare alla capacità per i loro parchi solari.
Le batterie allo stato solido stanno compiendo seri progressi nel contrastare i problemi di thermal runaway grazie ai loro design con elettroliti ceramici in grado di raggiungere densità energetiche superiori a 500 Wh/kg. Questo tipo di prestazioni le rende candidate ideali per soluzioni di accumulo solare su larga scala, dove lo spazio è un fattore critico. Intanto, la tecnologia agli ioni di sodio ha recuperato terreno negli ultimi tempi, offrendo capacità simili a quelle delle prime generazioni di batterie al litio, ma con costi di produzione ridotti di circa il 40%. I materiali utilizzati in queste celle al sodio sono inoltre molto più semplici da reperire rispetto ai metalli delle terre rare, con composti come gli analoghi del blu di Prussia che stanno diventando sempre più popolari nei circoli manifatturieri. Entrambe le innovazioni si inseriscono perfettamente in ciò che molti Paesi prevedono per le loro reti elettriche nel prossimo decennio circa. La maggior parte dei governi mira a un'integrazione di energia rinnovabile pari a circa il 95% entro il 2035, e queste nuove opzioni di batterie aiutano a risolvere contemporaneamente due problemi cruciali: i rischi per la sicurezza derivanti dalle chimiche tradizionali e il crescente problema della scarsità delle materie prime necessarie per la produzione di massa.
I sistemi di batterie solari stanno conoscendo una rapida adozione oggigiorno, ma incontrano problemi significativi nel connettersi alla rete. Circa il 40 percento dei progetti rinnovabili bloccati da ritardi indica problemi nell'allacciamento attraverso le code di interconnessione, secondo i dati del 2023 del NREL. La nostra rete attuale è stata costruita per un flusso unidirezionale di elettricità, quindi ha difficoltà a gestire la potenza che torna indietro da tutti quei piccoli impianti solari con sistemi di accumulo distribuiti nei quartieri. Questo significa che le aziende elettriche devono investire notevoli risorse per aggiornare le sottostazioni, solo per mantenere il sistema operativo. Un altro problema riguarda gli inverter che non funzionano bene insieme. L'equipaggiamento più vecchio semplicemente non è in grado di regolare correttamente le tensioni durante i cicli continui di carica e scarica delle batterie.
Raggiungere un'adeguata gestione termica è assolutamente fondamentale per i sistemi di accumulo su larga scala. Quando le temperature non sono opportunamente controllate, ciò può ridurre la durata di queste batterie prima del necessario ricambio fino al 30%, secondo una ricerca condotta da DNV nel 2022. Oggi, la maggior parte delle normative del settore richiede sistemi di raffreddamento di riserva e tecnologie avanzate di soppressione degli incendi in grado di arrestare situazioni pericolose di surriscaldamento entro soli otto secondi. Dal punto di vista economico, la gestione termica rappresenta circa il 18% del costo complessivo per l'installazione di un sistema BESS. Per un impianto da 100 MW, questo si traduce tipicamente in un costo aggiuntivo di circa 1,2 milioni di dollari. Si tratta di una spesa considerevole, ma necessaria considerata la sensibilità di questi sistemi ai problemi di calore.
Sebbene le batterie agli ioni di litio rappresentino il 92% dei nuovi progetti di accumulo solare (Wood Mackenzie 2024), gli sviluppatori devono affrontare un compromesso fondamentale:
Uno studio Lazard del 2024 ha dimostrato che aumentando del 20% la dimensione delle batterie si incrementa il ROI del progetto grazie a una vita utile del sistema del 30% più lunga, nonostante i costi iniziali maggiori.
I cambiamenti nelle politiche governative stanno realmente influenzando la velocità e la diffusione dell'implementazione dei sistemi di accumulo solare in tutto il paese. Circa quindici stati negli Stati Uniti hanno iniziato a richiedere sistemi di accumulo energetico per ogni nuovo impianto solare di dimensioni superiori ai 50 megawatt. Allo stesso tempo, esiste una normativa chiamata FERC Order 841 che continua a modificare il modo in cui le aziende energetiche vengono remunerate nei mercati all'ingrosso. Secondo SEIA, se riuscissimo a semplificare tutte le autorizzazioni e i requisiti burocratici, potremmo assistere al via di circa 15 gigawatt di progetti solari con accumulo entro il 2026. Questo accadrebbe soprattutto grazie al fatto che tutti concordano sulle regole di sicurezza di base e su come le diverse parti della rete elettrica si connettono tra loro.
Prendi l'impianto di Moss Landing in California come esempio di ciò che accade quando i pannelli solari e le batterie lavorano insieme per affrontare i problemi della rete durante quei momenti di picco estremi. Il sito dispone di circa 1,6 gigawatt-ora di capacità di accumulo collegata a pannelli solari, il che significa che potrebbe fornire elettricità a oltre 300 mila famiglie per circa quattro ore, precisamente nel momento in cui la gente ne ha maggior bisogno, la sera. Ciò che rende questa soluzione davvero interessante è che il sistema è riuscito a ridurre le multe per gli operatori della rete di circa 28 milioni di dollari all'anno grazie alla sua capacità di regolare la frequenza. Niente male, considerando che ha continuato a funzionare con un'efficienza quasi del 98% anche quando gli incendi boschivi hanno interrotto parti della rete di trasmissione lo scorso estate.
Il più grande impianto di batterie solari in Florida, con una capacità di ben 900 MWh, ha ridotto l'utilizzo delle centrali a combustibili fossili di picco di circa il 40% durante la stagione degli uragani grazie ad alcuni algoritmi di gestione davvero intelligenti. Ciò che rende così efficiente questo sistema è la sua integrazione con una vicina fattoria solare da 75 MW. Immagazzinando l'energia solare in eccesso prodotta a mezzogiorno, le batterie possono immettere elettricità nella rete quando la domanda aumenta tra le 19 e le 21 di ogni sera. Questo approccio intelligente permette di risparmiare circa 3,2 milioni di dollari all'anno solo in costi di congestione. La vera magia avviene nei giorni di tempesta, quando la rete necessita di supporto aggiuntivo ma le fonti tradizionali di energia potrebbero essere compromesse o semplicemente troppo costose da utilizzare a pieno regime.
Un recente impianto Tesla Megapack da 300 MW/450 MWh dimostra come le batterie solari possano intervenire quando le reti elettriche necessitano di supporto aggiuntivo. Già nel 2023, dopo l'improvvisa uscita di servizio di un'importante centrale a carbone, queste batterie sono entrate in funzione in soli 140 millisecondi, ovvero circa 60 volte più rapidamente di quanto riescano a fare le tradizionali centrali termoelettriche. Grazie a questa risposta rapida, circa 650 mila famiglie hanno potuto continuare a usufruire di energia elettrica evitando una situazione di blackout su vasta scala. A rendere ancora più impressionante il risultato è il fatto che il sistema abbia mantenuto un'elevata efficienza del 92%, nonostante l'utilizzo parziale continuo durante l'arco della giornata. Questa performance reale dimostra con forza che la combinazione di diverse fonti di energia funziona efficacemente insieme, rendendo più semplice l'integrazione delle fonti rinnovabili all'interno della nostra infrastruttura elettrica esistente, senza compromettere l'affidabilità.
I sistemi di batterie solari oggigiorno stanno diventando più intelligenti grazie all'intelligenza artificiale che aiuta a gestire la carica e la scarica dell'energia e le interazioni con la rete elettrica. Il software intelligente analizza fattori come le condizioni meteorologiche, le variazioni del costo dell'elettricità durante la giornata e i modelli attuali di consumo energetico. Secondo Startus Insights del 2025, questo tipo di sistema intelligente può aumentare il ritorno sugli investimenti per chi gestisce queste operazioni tra il 12% e il 18% rispetto ai vecchi sistemi fissi. In impianti su larga scala dove sono coinvolte grandi quantità di batterie, l'apprendimento automatico sposta effettivamente l'energia tra diversi gruppi di batterie e inverter in modo automatico. Questo aiuta a proteggere le batterie dall'usura eccessiva e mantiene le differenze di tensione al di sotto circa il 2%, il che è molto importante quando si cerca di supportare reti elettriche poco stabili o poco robuste.
Le installazioni di impianti solari, eolici e con batterie rappresentano ora il 34% delle nuove installazioni di energie rinnovabili, permettendo la fornitura continua di energia pulita grazie a:
Studi recenti mostrano che gli impianti ibridi raggiungono il 92% di utilizzo della capacità rispetto al 78% degli impianti solari tradizionali, con l'integrazione di accumulo in sito che compensa l'83% delle interruzioni di produzione dovute all'intermittenza.