Confronto tra stazioni solari: una (costosa) illusione di autonomia?
Demistifiamo un po’ le stazioni solari….
La stazione solare è più economica per kWP?
Per ora, il costo di 7x stazioni arriva a 5473€ IVA inclusa, SENZA batterie. Questo ci dà un costo per kWp di 5473 / 2.98 = 1836 € per kWp, il che a prima vista è abbastanza corretto. Ma in che misura questa è paragonabile ad una soluzione “classica”, tipo kit comprendente a inverter centralizzato di una grande marca (Sungrow per esempio), pannelli simili e strutture a terra? Tale kit da 3 kWp con componenti equivalenti per prestazioni e origine costruttiva (pannelli bifacciali DENIM, inverter asiatico SUNGROW, struttura di installazione a terra) visualizza un prezzo IVA inclusa di 3770 €, ovvero 1250 € per kWP. Una differenza del 48% difficile da giustificare!
Il rischio di fulmini, un fattore trascurato:
Appare quindi evidente che la soluzione della stazione solare è molto più costosa, senza alcuna giustificazione se non quella di una semplificazione dell'attuazione del sistema. Questa semplicità a volte si rivela ingannevole, perché un kit solare standard comprende protezioni come i parafulmini, in particolare, che può fare la differenza tra un inverter protetto ed un inverter bruciato in caso di fulmini. Nelle stazioni solari questo tipo di protezione non è integrata. Esempio a fianco di una scatola di protezione con scaricatore di sovratensione integrato (P1):
SUNOLOGIA spiega sul suo sito comunque quello non è necessaria la presenza di un limitatore di sovratensione, data la breve distanza tra la presa di collegamento ed il pannello (e relativo microinverter). Molto pratico e per giunta un risparmio. Inoltre, l’integrazione di un limitatore di sovratensione renderebbe impossibile il concetto stesso di connessione “plug n play”. La tesi tecnica è la seguente:
L'argomentazione sollevata è l'assenza del fenomeno di induzione del loop (“loop indotto”). Ciò è impreciso e fuorviante. Innanzitutto il cavo non è DC (corrente continua), ma AC 230V corrente alternata, poiché è presente un micro-inverter dietro il pannello che converte precisamente la corrente continua proveniente dal pannello solare in corrente alternata, che verrà iniettata nella presa. Inoltre, si verifica un circuito indotto sui circuiti dei cavi solari CC, non su un singolo cavo CA. (quello che esce dalla stazione solare). In questo caso quindi, con SUNOLOGY è impossibile avere dei circuiti indotti per definizione! L'argomentazione avanzata a favore dell'esenzione dagli scaricatori di sovratensione è quindi tecnicamente non valida e addirittura pericolosamente fuorviante per l'utente. (soprattutto se teniamo conto che i produttori di microinverter come HOYMILES rifiutano gli sbocchi in garanzia per le sovratensioni indotte!).
Infine, in assenza di un limitatore di sovratensione nel quadro elettrico principale, tutti i dispositivi ad esso collegati (compresa la stazione solare) sarà vulnerabile alle sovratensioni indotte (= fulmini), indipendentemente dalla sua distanza finale tra la presa (esterna!) e il pannello. Stiamo parlando di limitatori di sovratensione di tipo AC, cioè in grado di proteggere apparecchiature come microinverter, computer, ecc. La norma fotovoltaica francese UTE raccomanda l'uso di scaricatori di sovratensione sul lato CA, quando la densità dei fulmini è > 2.5!
Un prezzo per kWh per modulo batteria troppo alto:
Tieni presente che ciascuna di queste stazioni solari può ospitare una batteria al litio nella parte posteriore, ma devono essere ordinate singolarmente. Il pacco batteria 0.7 kWh viene visualizzato a € 580, che ci porta a kWh lordi (senza detrarre un DOD del 90%) 580/0.7 = 828€ al kWh. Questo prezzo è già molto alto, rispetto a qualsiasi tipo di batteria al litio presente sul mercato attuale (Pylontech, DEYE). Attenzione però, a sua difesa, il sistema ha il suo convertitore DC/AC, cosa che non avviene su altre batterie, sarà quindi necessario aggiungerlo per una visione complessiva del costo.
Calcolata in kWh lordi, la batteria è molto più costosa di una batteria al litio DEYE ed equivale a una batteria TESVOLT che avrà una durata di vita 2 o addirittura 3 volte maggiore. Attenzione però, qui confrontiamo il prezzo LORDO per kWh di ogni tipo di batteria, sapendo che la SUNOLOGY MAX ha il convertitore AC/DC, e non le altre (che sono batterie nude a cui bisognerà aggiungere un inverter-caricabatterie), studieremo successivamente il costo complessivo con inverter-caricabatterie per ogni sistema.
Alla fine, quindi, il costo complessivo di un sistema SUNOLOGY PLAYMAX 3 kWp con 5 kWH di accumulo, ovvero 7 stazioni collegate in paralleloe, è così suddiviso:
– 7 stazioni SUNOLOGY MAX, con una potenza di picco di 2.98 kWp. Ogni stazione integra un microinverter di marca HOYMILES,'potenza non dichiarata (350 o 400VA?)
– 7 batterie PLAYMAX con una capacità individuale di 0.7 kWh, ovvero un totale di 4.97 kWh.
Un totale di 9600 € TTC. È questa configurazione che utilizzeremo come base di confronto nello studio a fianco e che confronteremo con un sistema solare autonomo con batterie SUNCONNECT 3000, composto dai seguenti elementi:
- Una scheda SUNCONNECT 3000 precablata, con un inverter-caricabatterie Victron Multiplus-II 48V/3000VA e il suo caricabatterie solare RS 450/100
- Una batteria Pylontech US5000 (o equivalente)
- 7 pannelli solari bi-vetro DENIM, con potenza complessiva di 3 KWp + supporti per fissaggio a pavimento.
Per un totale di circa 9400 € IVA inclusa.
Una batteria certamente, ma limitata e poco sfruttata!
Osservando più da vicino le caratteristiche tecniche delle stazioni solari PLAYMAX con batterie integrate, notiamo che queste ultime presentano prestazioni inferiori, rispetto alla capacità di bordo in kWh. In effeti, con 7 stazioni PLAYMAX che accumulano quasi 5 kWh di batteria, facciamo fatica a trovare più di 840W di potenza massima di scarica, e solo 945W di massima ricarica da tutti i pannelli. Questo è poco e corrisponde ad un fattore di sottosfruttamento pari a quasi 6 (in effetti, abbiamo potenzialmente 4900 VA dai 7 micro inverter Hoymiles e le batterie non sono in grado di gestire più di 940 VA, ovvero 5.44 volte in meno.
Come si spiega un livello di prestazione così basso? Ancora una volta, il design è la causa:
- La miniaturizzazione dei componenti dietro i pannelli: per poter integrare un regolatore DC/AC & DC/DC (in grado di caricare la batteria dalla fonte solare) e un convertitore che trasformerà la corrente continua della batteria in 230V verso casa, è necessario optare per dispositivi compatti , componenti dissipativi meno calore e quindi con un potenziale di conversione elettrica inferiore. Inoltre, il design IP65 della stazione solare richiede che i componenti abbiano un raffreddamento passivo (senza ventola). È quindi impossibile avere 400VA di conversione DC/AC in un formato così piccolo!
- Mantenimento della durata della batteria: Quanto più velocemente una batteria si scarica, tanto più compromessa sarà la sua durata (maggiore resistenza interna = degrado accelerato). Limitare la corrente di scarica è un consiglio per ottimizzare questo parametro e limitare il degrado. Limitando in questo modo la potenza di scarica della batteria, otteniamo una velocità di scarica massima di 0.27°C. In altre parole, il calcolo è il seguente:
135W (potenza massima di ricarica dal pannello SUNOLOGY alla batteria) / 37V (tensione nominale della batteria) = 3.64A. Come ottenere il rapporto di velocità di scarico? Dividiamo 3.64 A per la capacità nominale, ovvero 19.2 Ah. Otteniamo quindi 3.64/19.2 = 0.19C circa.
Rispetto ad altre batterie al litio, la velocità di scarico è quindi molto più bassa. Infatti, sulle batterie Pylontech, abbiamo una capacità di scarica continua di 0.5C (quindi su una batteria da 100Ah possiamo ricaricare 50A a 48V, ovvero circa 2500W, dai pannelli), o anche 1C per diversi minuti. Il vantaggio? Ricarica più rapida e mobilitazione più efficiente dell'energia solare, il tutto senza impatto sulla durata poiché le batterie non sono progettate per essere esposte a temperature estreme.
In conclusione, la batteria PLAYMAX presenta i seguenti svantaggi:
- Limitazione della potenza di carica dai pannelli solari alla batteria, a 0.19°C, rispetto a 1C per le batterie al litio standard.
- Potenza massima di scarica dalle batterie alle utenze molto limitata, a 945 W rispetto ai 3000 W di un sistema SUNCONNECT (ogni modulo PLAYMAX può produrre solo 135 W per una batteria da 0.7 kWh).
- Nessuna capacità di sovraccarico (picco di scarico), a differenza di una soluzione SUNCONNECT.
- Nessuna possibilità nativa di fornire energia direttamente dalla batteria delle utenze AC, a meno che non venga acquistato un convertitore esterno. In tal caso la potenza massima sarà di 1470W rispetto a 3000W.
Batteria fa rima con autonomia? Non così sicuro...
Inoltre le stazioni SUNOLOGY non funzionano in assenza di EDF. In altre parole, in caso di interruzione di corrente, il sistema:
- Non produrrà più energia solare durante il giorno, le batterie quindi non verranno più ricaricate.
- Non alimenterà più i carichi a cui è collegato, attraverso la sua presa da 16 o 32A verso casa. Nessuna funzione di "backup".
- Sarà utilizzabile solo come stazione booster “portatile”, tramite un convertitore ad hoc da aggiungere al già elevato importo del sistema (€139). Per ogni batteria avrai bisogno del suo convertitore AC, ovvero 7x 129 € = 1000 €! Chiaramente impensabile, soprattutto in termini di praticità d'uso (ogni batteria = ogni convertitore = potenza non cumulabile!).
Questo è ovviamente un grosso inconveniente, poiché per definizione qualsiasi buon sistema solare dotato di una batteria degna di questo nome dovrebbe essere in grado di funzionare in modalità “autarchica”, cioè in assenza della rete EDF. Che senso ha pagare le batterie a un prezzo simile per non poterle utilizzare durante eventuali interruzioni dell'EDF? Questo non è menzionato da nessuna parte nelle caratteristiche di SUNOLOGY, bisogna chiedere ad un tecnico per avere la sfortunata risposta, che è ancora poco argomentata tecnicamente. Il mancato funzionamento della stazione solare senza EDF si spiega con la “sicurezza della rete”. Questo è falso, perché i sistemi solari autosufficienti come i sistemi SUNCONNECT si disaccoppiano automaticamente dalla rete EDF, per poter ricreare una “mini-rete” e ripristinare l’energia elettrica in casa. La realtà è che l'elettronica incorporata nelle stazioni SUNOLOGY non è intrinsecamente progettata per funzionare in autosufficienza energetica, come vedremo attraverso questo confronto tra stazioni solari:
Questa è la storia di una batteria dietro un pannello solare... e della legge di Arrhenius
Nel 1889, uno scienziato e chimico svedese formulò un'equazione che usiamo ancora oggi per modellare il degrado delle batterie o i processi chimici, a seconda della temperatura.
La legge di Arrhenius ha un impatto significativo sul degrado di una batteria agli ioni di litio, a seconda della temperatura. Secondo questa legge, la velocità delle reazioni chimiche aumenta esponenzialmente all’aumentare della temperatura. Soprattutto nel caso delle batterie al litio, le alte temperature accelerano reazioni chimiche indesiderate all'interno della cella, come la decomposizione elettrolitica e la crescita di depositi metallici. Ciò porta ad un aumento della resistenza interna della batteria, una diminuzione della capacità di accumulo di energia, e una riduzione della vita utile della batteria, nella migliore delle ipotesi, e nel peggiore un incidente termico (cortocircuito interno, formazione di dendriti, ecc.).
Quando sappiamo che la batteria si trova proprio dietro il pannello solare, sorge una domanda. Le temperature sono alte? Di fronte, un grafico che rappresenta la tipica variazione di temperatura dietro un pannello solare.
Sapendo che le batterie si trovano direttamente dietro il modulo solare, con poco isolamento, possiamo facilmente immaginare che, soprattutto nel periodo estivo, le temperature superano di gran lunga i 30-35°C. Questo è assolutamente fondamentale per la durata delle celle al litio trovate lì, studi recenti hanno dimostrato che a L’aumento della temperatura delle batterie al litio a livelli prossimi ai 60°C ne ha accelerato il degrado di un fattore 3.
Osservando il processo di assemblaggio, di alta qualità, delle stazioni solari, è tuttavia difficile immaginare che un semplice deflettore termico situato sotto la piattaforma tecnica che accoglie i componenti, permetta di mantenere un'ampiezza termica ottimale per garantire il funzionamento per 2500 cicli, o 10 anni, senza guasti.
Inoltre, notiamo un'altra incoerenza tecnica. La scheda tecnica della batteria afferma che è IP65 (tropicalizzata), che è logico e assolutamente essenziale per il funzionamento all'aperto, ma SUNOLOGIA cita anche un raffreddamento “per convezione” (cosa impossibile se il vano è impermeabile/IP65)
La realtà tecnica è semplice. La batteria deve essere IP65, poter essere posizionato dietro un pannello solare e resistere alla corrosione legata all'umidità, alle intemperie, ecc. durante la sua vita. L’argomentazione a favore della “convezione naturale” senza ventilatore è quindi semplicemente questa diciamo che sarà rinfrescato, o riscaldato... a seconda degli elementi e delle stagioni.
Ma è così grave Dottore? Dopotutto, la batteria viene fornita per 2500 cicli, ovvero 10 anni di servizio buono e leale! È infatti difficile modellare con precisione l’impatto sulla durata di vita di una batteria al litio (sarebbe già necessario conoscere la chimica utilizzata nella stazione solare, che non è specificata dal produttore, LFP, NMC, LCO?), tuttavia, emergono chiaramente due tendenze:
- La batteria si degraderà molto più rapidamente in un progetto di questo tipo, che in un locale tecnico chiuso, a una temperatura più costante.
- I rischi di guasti termici aumenteranno a causa del suo utilizzo in condizioni esterne, e ciò in maniera direttamente correlata alle ampiezze termiche subite dalla batteria (esempio: ondate di caldo in estate, temperature negative in inverno).
- È probabile che la batteria subisca una perdita di potenza a temperature vicine allo 0, che non è specificato nelle schede tecniche della stazione solare. In altre parole, a -5°C, la batteria non potrà ricaricarsi dai pannelli solari, per preservarne il degrado (infatti, caricare una batteria agli ioni di litio a temperature negative può danneggiarla).
Conclusione del confronto tra le stazioni solari?
Ignorando la (molto) intelligente patina di marketing, l'ondata di pubblicità e l'aspetto attraente del concetto di stazione solare, legato alla sua facilità di implementazione (nonostante le evidenti lacune di sicurezza), un'analisi tecnica leggermente approfondita rivela che non esistono lacune tecniche e caratteristiche opache . A causa del prezzo elevato rispetto ad una soluzione solare autonoma prodotta a regola d'arte, diventa difficile intravedere il reale valore aggiunto di questo tipo di prodotto, a parte la relativa facilità di implementazione (che può essere anche fonte di vincolo, è bene ricordarlo). La mancanza di scalabilità tecnica (nessun backup possibile), la dubbia durata dei componenti (in particolare la durata della batteria) e le capacità di carica/scarica delle batterie troppo incomplete renderlo un prodotto troppo costoso per il suo valore tecnico intrinseco.
L'unico vero vantaggio a nostro avviso, alla fine di questo confronto tra stazioni solari, risiede nell'aspetto estetico e pratico per la sua realizzazione….
