Degrado delle batterie BESS: perché incide sul ritorno dell’investimento

Perché il degrado della batteria dovrebbe entrare nei calcoli di ROI di un sistema di accumulo

Quando si valuta un sistema di accumulo energetico, la prima domanda è quasi sempre la stessa: quanti kWh mi servono?

Subito dopo si considerano il costo della batteria, la potenza dell’inverter, il risparmio atteso e il tempo di ritorno dell’investimento. Ma c’è una variabile che dovrebbe entrare nel calcolo economico fin dall’inizio: il degrado della batteria.

Ogni ciclo di carica e scarica, la temperatura, lo State of Charger (SOC) e la profondità di scarica possono influenzare la vita utile del sistema.

Una recente review scientifica dedicata all’ottimizzazione dei Battery Energy Storage Systems evidenzia proprio questo punto: la gestione avanzata della batteria, l’analisi del degrado e le strategie di ottimizzazione sono elementi fondamentali per migliorare efficienza, durata e sostenibilità economica di un sistema di accumulo.

La domanda, quindi, non è soltanto quanto costa una batteria per kWh, ma quanto costerà ogni MWh di energia effettivamente utilizzata durante la sua vita operativa.

Una batteria BESS da 100 kWh non è semplicemente un asset da 100 kWh

Consideriamo due sistemi di accumulo identici, entrambi con capacità nominale di 100 kWh e la stessa chimica delle celle.

Il primo sistema viene utilizzato ogni giorno senza particolari strategie di ottimizzazione, con cicli profondi, correnti elevate e temperature non sempre ideali.

Il secondo sistema utilizza invece un Battery Management System (BMS) e un Energy Management System (EMS) che considerano:

• State of Charge e State of Health;
• temperatura e profondità di scarica;
• correnti di carica e scarica;
• storico operativo;
• disponibilità di energia fotovoltaica e profilo di consumo;
• prezzo dell’energia e potenza richiesta dall’impianto.

Dopo alcuni anni, i due sistemi potrebbero presentare capacità residue e prestazioni differenti.

Una gestione intelligente può infatti contribuire a ridurre lo stress sulla batteria, rallentarne il degrado e preservarne il valore economico.

Non tutti i cicli di carica e scarica hanno lo stesso valore

Consideriamo un’applicazione di energy arbitrage: la batteria viene caricata quando l’energia costa meno e scaricata quando il prezzo aumenta.

Il margine economico non dipende però soltanto dalla differenza di prezzo. Occorre considerare anche le perdite energetiche e il costo del degrado associato al ciclo.

Un’analisi più completa deve quindi valutare: Ricavi o risparmi energetici − costo dell’energia acquistata − perdite di conversione − costo del degrado = valore economico dell’operazione. È qui che il software assume un ruolo strategico.

I modelli di degrado, anche basati sull’analisi dei dati operativi, possono supportare strategie di gestione più efficienti.

In alcuni casi, il ciclo economicamente più conveniente potrebbe essere quello che il sistema decide di non effettuare.

Le applicazioni dei sistemi BESS: non solo accumulo fotovoltaico

I sistemi di accumulo non servono più esclusivamente a immagazzinare energia fotovoltaica da utilizzare nelle ore serali.

Oggi un Battery Energy Storage System può supportare diverse applicazioni:

• Autoconsumo: utilizzo dell’energia prodotta localmente.
• Peak shaving: riduzione dei picchi di potenza prelevata.
• Backup: alimentazione di carichi critici in caso di interruzioni.
• Demand response: adattamento dei consumi alle condizioni della rete.
• Energy arbitrage: utilizzo delle differenze di prezzo dell’energia.
• Servizi di rete: supporto alla flessibilità e alla stabilità della rete.

Queste funzioni possono però entrare in conflitto.

Mantenere la batteria carica per garantire il backup, ad esempio, riduce la capacità disponibile per assorbire energia fotovoltaica.

Un BESS deve quindi gestire non soltanto quando caricare e scaricare, ma anche quando conviene utilizzare l’energia e quando conservarla.

Il ruolo del BMS nella gestione delle batterie al litio

Il Battery Management System (BMS) è fondamentale per la sicurezza delle batterie al litio.

Monitora tensione, corrente, temperatura e State of Charge, gestendo le principali funzioni di protezione.

Nei sistemi più evoluti, tuttavia, il BMS può fornire informazioni preziose anche per l’ottimizzazione delle prestazioni.

Tra i dati disponibili troviamo:

– tensioni delle celle e corrente;

– temperatura e SOC;

– numero di cicli e profondità di scarica;

– eventi di protezione;

– ore operative;

– storico delle cariche e scariche.

Queste informazioni permettono di conoscere le condizioni reali di utilizzo della batteria e supportano le attività di diagnostica.

Dal monitoraggio alla manutenzione predittiva

Il monitoraggio dei sistemi BESS consente di analizzare come le batterie invecchiano durante il loro funzionamento.

Il degrado si manifesta principalmente attraverso due fenomeni: capacity fade, ovvero perdita progressiva di capacità, e aumento della resistenza interna, che può ridurre prestazioni ed efficienza.

Distinguiamo inoltre:

– Calendar ageing: invecchiamento legato al tempo, anche in assenza di cicli.

– Cycle ageing: degrado associato ai cicli di carica e scarica.

L’analisi dello storico operativo permette di individuare eventuali anomalie, come temperature elevate, squilibri tra le celle o variazioni anomale delle prestazioni.

Nei sistemi più avanzati, questi dati possono supportare strategie di manutenzione predittiva, contribuendo a individuare criticità e pianificare gli interventi.

Costo per kWh o per MWh erogato: come valutare un BESS?

Il costo per kWh installato è uno dei parametri più utilizzati per confrontare i sistemi di accumulo, ma non sempre rappresenta la loro reale convenienza.

Due batterie con lo stesso costo iniziale possono erogare quantità differenti di energia durante la loro vita operativa.

Un indicatore utile è il Cost per Delivered MWh, calcolato come:

Costo totale del sistema / Energia effettivamente erogata durante la vita utile

Questa metrica considera indirettamente fattori come durata, efficienza, numero di cicli, condizioni operative e disponibilità del sistema.

Una strategia di gestione efficiente può quindi contribuire a ridurre il costo dell’energia erogata e migliorare la sostenibilità economica dell’investimento.

Più dati possono significare più valore dalla stessa batteria

La capacità nominale della batteria è ovviamente importante. Ma la capacità, da sola, non determina il valore economico di un sistema di accumulo.

Il valore nasce dall’interazione tra: hardware + BMS + software + dati + strategia operativa

Due sistemi che utilizzano celle simili possono produrre risultati economici molto diversi se vengono gestiti in modo diverso.

Questo concetto diventerà ancora più importante con la diffusione di:

• sistemi BESS industriali;
• microgrid;
• comunità energetiche;
• impianti fotovoltaici con accumulo;
• Virtual Power Plant;
• mercati di flessibilità;
• tariffe dinamiche dell’energia.

Le batterie saranno sempre meno componenti passivi, ma diventeranno asset energetici gestiti dinamicamente.

Le domande da fare prima di installare un sistema BESS

Quando analizziamo un progetto di accumulo, non dovremmo limitarci a chiedere quanti kWh sono necessari.

È importante considerare anche:

• Qual è il profilo energetico dell’impianto?
• Quanto frequentemente verrà utilizzata la batteria?
• Quale profondità di scarica è necessaria?
• Quali condizioni termiche dovrà affrontare?
• Quanta capacità deve essere riservata al backup?
• Esistono opportunità di peak shaving?
• Come variano i prezzi dell’energia?
• È possibile ottimizzare dinamicamente la strategia di utilizzo?

La domanda centrale rimane: quale strategia permette di massimizzare il valore della batteria durante tutta la sua vita utile?

Come ottimizzare un sistema BESS con Archimede Energia

In Archimede Energia sviluppiamo sistemi batteria al litio, BMS e soluzioni di monitoraggio per applicazioni industriali ed energy storage.

Partendo dai dati reali dell’impianto, possiamo analizzare capacità richiesta, potenziale di peak shaving, cicli attesi, profondità di scarica e possibili strategie di ottimizzazione.