Componenti del sistema di accumulo di energia a batteria e loro funzioni

Un sistema di accumulo a batteria è composto da diverse unità, dalle batterie ai circuiti di monitoraggio e controllo. Questa guida spiega i componenti del sistema di accumulo di energia a batteria. Utilizzatela per capire cosa fa ogni parte e come funziona insieme per garantire un'installazione correttamente funzionante.

Come funziona un sistema di accumulo di energia a batteria?

Un sistema di accumulo a batteria utilizza dispositivi elettrochimici per immagazzinare energia elettrica. Cattura l'energia in una reazione chimica reversibile (carica) e la rilascia quando serve (scarica).

L'energia rilasciata alimenta un circuito esterno o un'apparecchiatura elettrica, come i carichi elettrici di un'abitazione, di un edificio commerciale o della rete elettrica di una società di servizi.

È possibile utilizzare diverse fonti di energia per caricare le batterie di accumulo. Tra queste, la rete e le fonti rinnovabili come l'energia solare ed eolica. I sistemi di energia rinnovabile richiedono maggiormente le batterie di accumulo poiché la loro produzione di energia è intermittente.

Componenti del sistema di accumulo di energia a batteria

Come abbiamo visto, il funzionamento di un sistema di accumulo a batteria, dal processo di carica a quello di scarica per rilasciare l'energia immagazzinata, dipende dal funzionamento di vari componenti. Tra questi vi sono i seguenti:

• Celle della batteria
• Sistema di gestione della batteria
• Sistema di conversione di potenza
• Sistema di gestione dell'energia
• Sistema di gestione termica
• Sistema di sicurezza
• Apparecchiature di comando e dispositivi di protezione
• Involucro
• Sistema di comunicazione

Celle della batteria

Si riferiscono alle singole unità che compongono la batteria. Combinate e racchiuse in un telaio, diverse celle formano un modulo. A seconda della capacità richiesta, diversi moduli vengono uniti in pile per formare un rack.

Le celle delle batterie di accumulo possono essere di diversi tipi, a seconda dei composti chimici dell'elettrolita e dei tipi di elettrodi utilizzati. Le opzioni più diffuse sono i sistemi di accumulo agli ioni di litio e al piombo acido. Altre sono le batterie sodio-zolfo e le batterie di flusso.

Sistema di gestione della batteria

Il sistema di gestione delle batterie di accumulo dell'energia (BMS) consiste in un'elettronica che monitora lo stato di salute della batteria in tempo reale. Controlla la corrente, la tensione e altri parametri operativi della batteria, come la temperatura e lo stato di carica.

La funzione del sistema BMS è quella di proteggere le celle della batteria da eventuali danni. Ad esempio, assicura che l'accumulatore non si sovraccarichi o sottocarichi. Inoltre, impedisce il surriscaldamento delle batterie bilanciandone il funzionamento e mantenendolo entro livelli di sicurezza.

Sistema di conversione di potenza

I sistemi di accumulo a batteria rilasciano l'energia sotto forma di corrente continua o di corrente di rete. Nella maggior parte delle applicazioni, il carico è alimentato a corrente alternata. Ciò richiede un sistema di conversione, abbreviato in PCS.

Il dispositivo di conversione dell'energia cambia l'alimentazione da CC a CA o corrente alternata. La corrente alternata è un tipo di corrente elettrica più utilizzabile per l'alimentazione di apparecchi elettrici o per la stabilizzazione della rete elettrica.

Il tipico inverter di un sistema di accumulo di energia utilizza una combinazione di dispositivi elettrici ed elettronici per garantire una trasformazione fluida dell'energia. Inoltre, si collega a varie altre parti del sistema BESS.

Sistema di gestione dell'energia

Il controllo del flusso di energia in entrata e in uscita dalla batteria di accumulo è essenziale per garantire un utilizzo efficiente del sistema. Questo controllo richiede un sistema di gestione dell'energia, o in breve EMS.

L'EMS regola il funzionamento dell'inverter mentre converte la corrente continua in corrente alternata, ottimizzando le sue prestazioni e l'intero sistema. In altre parole, questi componenti di un sistema di accumulo di energia a batteria assicurano che l'intero sistema funzioni come dovrebbe per produrre l'energia elettrica necessaria.

Sistema di gestione termica

Con la corrente che scorre nei suoi circuiti, un sistema di accumulo di energia si riscalda senza dubbio. Se il riscaldamento dovesse rimanere incontrollato, le temperature potrebbero raggiungere livelli pericolosi. Anche la durata della batteria si ridurrebbe.

Il sistema di gestione del calore raffredda il sistema di accumulo, garantendone il funzionamento entro un intervallo di temperatura sicuro. Comprende ventole e altri dispositivi o metodi di raffreddamento, come il raffreddamento a liquido e le ventole.

Il tipo di sistema di gestione termica dell'accumulo di energia a batteria da utilizzare dipende dalle dimensioni dell'installazione, dalla capacità energetica e da altri fattori come il tipo di batteria.

Sistema di sicurezza

A volte, i sistemi BMS e EMS non riescono a contenere i livelli elevati di temperatura. In queste situazioni, interviene un sistema di soppressione degli incendi per evitare che le fiamme si propaghino.

Il sistema antincendio può basarsi su diverse tecnologie per sapere quando attivarsi. Le opzioni standard sono rilevatori di fumo, sensori di calore e rilevatori di gas specializzati.

In alcune installazioni, le misure di sicurezza comprendono l'alloggiamento del sistema di stoccaggio in una stanza o in un contenitore sicuro e l'installazione di telecamere a circuito chiuso. In questo modo si garantisce il funzionamento sicuro del sistema e si evita che persone non autorizzate ne manomettano il funzionamento.

Apparecchiature di comando e protezione

Qualsiasi impianto elettrico deve essere dotato di quadri e dispositivi di protezione elettrica. Il sistema di accumulo non fa eccezione. Questi componenti del sistema di accumulo di energia a batteria comprendono interruttori, commutatori e apparecchiature simili.

I dispositivi di protezione proteggono il sistema dai guasti elettrici e vari tipi di interruttori garantiscono connessioni e disconnessioni sicure. Questi componenti dei BESS sono utili anche per isolare l'accumulo dalla rete quando necessario.

Alcuni componenti del quadro sono manuali, mentre altri sono automatizzati. I dispositivi di commutazione automatici eliminano i guasti elettrici per proteggere il sistema, mentre i dispositivi azionati manualmente consentono di effettuare interventi di manutenzione e riparazione.

Rack e armadietti

Un sistema di accumulo a batterie è costituito principalmente da un insieme di batterie collegate. Dopo l'installazione, queste vengono posizionate su rack per fissarle. Le batterie sono di grandi dimensioni e sono alloggiate in grandi contenitori in un sistema di accumulo di energia a batteria industriale.

Gli alloggiamenti delle batterie nelle grandi installazioni sono in genere dotati di sistemi di raffreddamento. Questo perché tali accumulatori generano calore che, se non controllato, potrebbe raggiungere livelli catastrofici.

Sistema di comunicazione

Diversi componenti del sistema di accumulo di energia a batteria (BESS), come l'inverter, il BMS o l'EMS, devono comunicare per scambiare informazioni critiche.

L'intero BESS potrebbe anche dover comunicare con sistemi e apparecchiature esterne, come i contatori e il sistema di controllo centrale.

Oltre a garantire il buon funzionamento dell'impianto, il sistema di comunicazione consente di controllare l'intero sistema o parti di esso e di eseguire varie funzioni come l'avvio/arresto, la programmazione di attività e la diagnostica.

Diversi componenti facilitano questo scambio di informazioni. Essi comprendono vari circuiti, software e algoritmi di monitoraggio e controllo e apparecchiature wireless.

Conclusione

Questi componenti per l'accumulo di energia a batteria assicurano che tutto funzioni in modo sicuro, ottimale ed entro i livelli prestabiliti. Soprattutto, proteggono il sistema di accumulo, prolungandone la durata. Come abbiamo visto, i componenti comprendono algoritmi specifici per l'applicazione, circuiti elettronici e apparecchiature elettriche o elettroniche.