Batterie al litio e al vanadio a confronto: un impianto ibrido può livellare il costo dell’energia

Gli scienziati britannici dell'Università di Sheffield hanno recentemente condotto uno studio, che ha messo a confronto le prestazioni delle batterie agli ioni di litio (LIB) con quelle delle batterie a flusso di vanadio (VFB).

L’esperimento ha coinvolto un edificio commerciale che si trova nella California del Sud, più precisamente un negozio di alimentari aperto 7 giorni su 7, operativo dalle ore 6:00 alle ore 23:00, la cui domanda di energia elettrica totale nel 2012 era pari a 1583 MWh.

In questo particolare edificio a un piano, durante la stagione estiva, si verificavano dei picchi di carico significativi durante le ore di attività, i quali ricadevano sull’array fotovoltaico installato sul tetto.

I ricercatori hanno quindi svolto l’esperimento utilizzando un approccio misto, valutando prima le prestazioni di un sistema fotovoltaico associato a sole batterie a ioni di litio (LIB), poi utilizzando solo batterie redox al vanadio (VFB) e, infine, implementando un sistema ibrido VFB-LIB.

L’edificio preso in considerazione della ricerca ha una superficie di 4543m² e, poiché si tratta di un edificio a un piano, il tetto ha la stessa superficie.

Secondo l’assunto dei ricercatori, l’area totale dei pannelli fotovoltaici è pari al 70% della grandezza del tetto, perciò hanno potuto moltiplicare la superficie dell’array fotovoltaico per la sua efficienza presunta del 20%, stimando una valutazione fotovoltaica di 636 kW.

Inoltre, per quanto riguarda la pendenza e l'azimut dei pannelli, sono stati fissati come dati di riferimento, rispettivamente, 10° e 0°e si è ritenuto che vi fosse un impatto trascurabile dell'orizzonte.

Dopo aver applicato diversi algoritmi di conteggio per determinare le variabili di degrado, inclusa la portata del flusso della pioggia, gli accademici hanno tratto le loro conclusioni.

Entrambe le batterie, LIB  e VFB, così come la loro ibridazione in un array fotovoltaico di grandi dimensioni, avrebbero potuto livellare il costo dell’energia, portandolo ad una spesa inferiore a $ 0,22/kWh, garantendo comunque un rapporto di autosufficienza di 0,95 (SSR).

"Tra 0,8 e 0,95 SSR, la durata ottimale di entrambi i sistemi va da 6 a 7,5 ore", hanno affermato gli scienziati.

Utilizzando entrambe le tecnologie in un sistema ibrido, come quello proposto dalla ricerca, dovrebbe essere possibile alternare la produzione di energia affidando in via preferenziale il ciclo giornaliero alle batterie a flusso di vanadio (VFB). Per i giorni di carico netto maggiore, nei quali la temperatura esterna è inferiore e la richiesta energetica del supermercato è elevata, invece, il ciclo può essere addebitato alle batterie agli ioni di litio (LIB). 

Gli studiosi concludono la loro ricerca asserendo che, data la sovrapposizione tra le due tecnologie, LIB  e VFB, è importante valutare anche il costo dell’elettricità attribuito all’utilizzo delle batterie agli ioni di litio, tendenzialmente in crescita.

Per tale motivo, è preferibile concentrarsi sul maggiore utilizzo delle batterie a flusso VFB per periodi di richiesta energetica bassi ma prolungati, facendo intervenire le batterie LIB al raggiungimento di picchi di carico superiori.

Gli scienziati hanno pubblicato i loro risultati in un articolo intitolato: "The economics of firm solar power from Li-ion and vanadium flow batteries in California", che è stato recentemente pubblicato da uno dei più prestigiosi editori scientifici: SpringerLink.