La capacità della batteria determina quanta energia può essere accumulata, ma la strategia di controllo stabilisce quando tale energia viene caricata, conservata e scaricata. Due batterie identiche possono quindi produrre risultati pratici diversi senza alcuna differenza nell'hardware.
Quando due abitazioni installano la stessa batteria da 10 kWh, viene spontaneo aspettarsi lo stesso risultato. Eppure il primo sistema può iniziare a scaricarsi non appena la produzione solare scende al di sotto del fabbisogno domestico, mentre il secondo conserva parte dell'energia per una fascia oraria più costosa nel corso della giornata. Se è progettato e configurato per l'alimentazione di riserva, può anche mantenere una riserva in caso di interruzione della rete.
All'inizio della serata, una batteria può essere vicina al livello di riserva mentre l'altra dispone ancora di energia. La loro capacità fisica è identica. Hanno semplicemente seguito istruzioni diverse.
La capacità non è un programma di funzionamento
La capacità, misurata in chilowattora, indica quanta energia una batteria può accumulare. La potenza, misurata in chilowatt, indica quanto rapidamente può erogare tale energia. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti considera queste grandezze come specifiche distinte perché rispondono a domande diverse. Una batteria può contenere energia sufficiente per alimentare vari elettrodomestici nel tempo, ma non essere in grado di alimentarli tutti contemporaneamente se la loro richiesta complessiva supera la sua potenza nominale.
Conta anche quale valore di capacità viene indicato. La capacità nominale, la capacità utilizzabile e l'energia erogata dopo la conversione non si riferiscono esattamente allo stesso perimetro di misura. Le indicazioni del governo australiano sulle batterie precisano che la capacità utilizzabile è inferiore a quella totale e che parte dell'energia viene persa durante la carica e la scarica. Prima di confrontare i dati delle batterie, occorre quindi riportarli alla stessa base di riferimento.
Una volta chiariti questi valori, resta una domanda operativa: che cosa deve fare il sistema con l'energia a disposizione?
Perché la scelta del momento cambia il risultato
Uno dei compiti fondamentali di una batteria domestica è rendere disponibile l'elettricità in un momento diverso. Un impianto solare può produrre più energia di quanta ne serva alla casa intorno a mezzogiorno, per poi produrne poca o nessuna dopo il tramonto. La batteria trasferisce alla sera parte di quel surplus diurno.
Una modalità di autoconsumo di base segue solitamente ciò che accade nell'immediato. Quando la produzione solare supera il fabbisogno domestico, la batteria si carica. Quando il fabbisogno supera la produzione solare, si scarica. Questo può ridurre i prelievi dalla rete, ma può anche consumare l'energia accumulata prima dell'inizio di una fascia tariffaria più costosa.
Una strategia basata sugli orari può conservare l'energia della batteria per quelle ore successive. Ciò non rende ogni chilowattora più prezioso in qualsiasi mercato: il risultato dipende dalla tariffa e dal profilo di consumo della famiglia. Cambia il programma di funzionamento, in modo che l'energia accumulata sia disponibile per uno scopo diverso.
L'alimentazione di riserva introduce un altro compromesso. In un sistema predisposto e configurato per funzionare durante un'interruzione, una riserva maggiore lascia più energia disponibile se la rete viene meno. La stessa riserva riduce però la capacità disponibile per l'autoconsumo quotidiano o la gestione delle tariffe. Le indicazioni del governo australiano chiariscono questo limite: non tutti i sistemi a batteria possono fornire alimentazione di riserva, e quelli che possono farlo devono essere configurati a tale scopo.
Queste scelte vengono spesso descritte come dispacciamento della batteria. Non sono indipendenti dalla capacità, perché ogni decisione attinge alla stessa riserva limitata di energia. L'energia utilizzata nel pomeriggio non può essere ancora disponibile nella batteria quella sera.
Che cosa significa controllo «intelligente» nella pratica
Il «controllo intelligente» non implica necessariamente l'intelligenza artificiale. Un controllore può applicare una serie di regole a informazioni quali produzione solare, fabbisogno domestico, stato di carica della batteria, impostazioni della riserva e prezzi dell'elettricità, per poi decidere se caricare, scaricare o attendere.
Alcuni controllori utilizzano anche le previsioni. Se per il giorno successivo è prevista un'elevata produzione solare, il sistema può consentire di utilizzare più energia durante la notte perché una nuova ricarica è probabile. Se la previsione è poco accurata, questa decisione può lasciare la batteria più scarica del previsto.
Una ricerca di Mirletz e Guittet ha sperimentato un metodo di dispacciamento sensibile ai prezzi, utilizzando previsioni della produzione solare e dei carichi, dati sul degrado della batteria e tariffe elettriche. Tariffe, dimensioni degli impianti e profili di generazione e di carico diversi richiedevano strategie di dispacciamento differenti. Non si può semplicemente presumere che un programma progettato per una tariffa o una famiglia sia adatto a un'altra.
In un sistema energetico domestico più integrato, un sistema di gestione dell'energia, o EMS, può coordinare le decisioni relative alla generazione solare, ai carichi domestici, alla batteria, all'inverter e alla connessione alla rete. Uno studio residenziale di Merrington, Khezri e Mahmoudi ne offre un esempio: il sistema di gestione dell'energia domestica utilizzava prezzi dell'elettricità, vincoli di rete, carichi domestici e dati meteorologici per guidare il funzionamento. I sistemi reali utilizzano combinazioni diverse di informazioni, ma lo scopo è simile: trasformare più dati in un unico piano operativo.
L'EMS non sostituisce le funzioni di protezione della batteria. Il BMS ne monitora le condizioni e definisce o fa rispettare i limiti operativi a livello di batteria, mentre l'inverter o il PCS esegue la conversione elettrica necessaria per la carica e la scarica. Una richiesta dell'EMS può essere eseguita solo se la batteria e le apparecchiature di conversione della potenza sono in grado di supportarla.
A livello hardware, l'unità di gestione delle batterie ad alta tensione di NXP offre il monitoraggio degli interblocchi e il controllo dei contattori, insieme alle interfacce di comunicazione con un EMS. È un esempio utile del motivo per cui il coordinamento a livello di sito non sostituisce la protezione della batteria: il livello batteria deve comunque limitare o interrompere il funzionamento quando le condizioni lo richiedono. Una spiegazione più dettagliata è disponibile in Che cosa fa davvero un BMS?.
Dove il controllo intelligente smette di aiutare
Se una batteria è troppo piccola per il compito previsto, modificarne il programma di funzionamento non elimina la carenza di energia. Lo stesso vale per la potenza: il software di controllo non può far erogare alle apparecchiature più della loro potenza nominale.
Un controllo più complesso non è automaticamente migliore. Una revisione sistematica di Azuatalam e colleghi ha rilevato che aumentare la sofisticazione di una strategia di gestione dell'energia non migliorava necessariamente le prestazioni o la sostenibilità economica di un sistema fotovoltaico (PV) con batteria. Le ipotesi di modellazione, l'incertezza dei dati in ingresso e il modo in cui veniva considerato il degrado della batteria potevano cambiare il risultato.
Limiti simili emergono nel funzionamento quotidiano. Un calendario tariffario non aggiornato può spostare la ricarica nelle ore sbagliate. Una riserva impostata troppo alta può lasciare inutilizzata ogni giorno una parte utile della capacità, mentre una riserva troppo bassa può non rispecchiare le priorità del proprietario per l'alimentazione di emergenza. Anche le previsioni e le abitudini domestiche possono cambiare: impostazioni un tempo ragionevoli potrebbero quindi richiedere una revisione.
Quando arriva la sera, la batteria utile è quella che dispone ancora di energia sufficiente per il compito scelto dalla famiglia. Per arrivare a questo risultato servono hardware adeguato, impostazioni sensate e una strategia operativa coerente con il modo in cui la casa utilizza realmente l'elettricità.
