Accumulo di energia per l'autosufficienza: i musei diventano più indipendenti dalla rete

Il mondo ha più che mai bisogno di accumulo di energia, con la transizione verso l'energia elettrica rinnovabile da fonti solari ed eoliche. Il sole fornisce alla Terra più energia in un'ora di quanta l'umanità ne consumi in un anno intero. Questo rappresenta anche un'importante opportunità per le istituzioni culturali, le organizzazioni e le organizzazioni culturali che si impegnano a diventare sostenibili. I musei hanno iniziato a riconoscere e sfruttare questo potenziale.

L'accumulo di energia solare è aumentato significativamente negli ultimi anni. Nel 2017, solo il 2,8% degli impianti solari disponeva di sistemi di accumulo. Questa percentuale è salita all'11,2% entro il 2021 e gli esperti prevedono che raggiungerà il 29,3% entro il 2025. Oggi le persone comprendono che combinare diverse opzioni di accumulo aiuta a soddisfare il fabbisogno energetico locale con impianti più piccoli, riducendo al contempo la dipendenza dalla rete.

I musei che desiderano raggiungere l'autosufficienza hanno diverse opzioni tra cui scegliere: dall'accumulo tramite batterie all'accumulo termico, fino a soluzioni a lungo termine. Queste tecnologie contribuiscono al raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità e offrono vantaggi pratici, come costi operativi inferiori e un approvvigionamento energetico affidabile.

Come si è sviluppato l'accumulo di energia negli spazi pubblici

Grazie alla leggerezza della struttura, l'energia incorporata è molto inferiore rispetto a quella di un edificio solido in mattoni cotti o cemento. L'apporto energetico totale durante il ciclo di vita dell'edificio è trascurabile rispetto ai depositi e agli archivi museali convenzionali.

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spiega Tim Padfield , consulente freelance per la conservazione preventiva, precedentemente presso il Museo nazionale della Danimarca .

L'esperienza nell'accumulo di energia risale a secoli fa, con metodi tradizionali come le centrali idroelettriche a pompaggio, in uso negli Stati Uniti fin dagli anni '20. Un tempo l'accumulo meccanico dominava il settore, ma le tecnologie avanzate hanno cambiato radicalmente il panorama.

Le soluzioni di accumulo di energia sono diventate più accessibili a un numero sempre maggiore di persone grazie alle infrastrutture pubbliche. L'accumulo idroelettrico a pompaggio (PHS) continua a rappresentare la spina dorsale, rappresentando il 95% dell'accumulo di energia su scala industriale. I sistemi di accumulo a batteria hanno acquisito un'importanza significativa e la tecnologia agli ioni di litio ora controlla oltre il 90% del mercato globale delle batterie su scala di rete.

Musei e centri culturali di tutto il mondo stanno guidando questo sviluppo con iniziative rivoluzionarie. Il California Indian Museum & Cultural Center gestisce ora un impianto solare da 76,5 kilowatt abbinato a un sistema di accumulo con batterie agli ioni di litio da 220 kilowattora. Questa configurazione consente al centro di funzionare come un rifugio di raffreddamento, fornendo energia a un massimo di 125 persone durante le interruzioni di corrente.

L' del National Nordic Museum sostiene la sua visione di diventare un "campus alimentato al 100% da energia solare ". Questi sistemi riducono i costi operativi e creano centri per la resilienza della comunità.

Gli Stati Uniti hanno generato 4 miliardi di megawattora di elettricità nel 2017, ma disponevano di una capacità di accumulo decisamente insufficiente, pari a soli 431 MWh. Tuttavia, questo divario si sta rapidamente colmando: BloombergNEF prevede che la diffusione dell'accumulo di energia crescerà del 27% annuo fino al 2030.

Progettazione di un sistema energetico autosufficiente per i musei

Per diventare veramente autosufficienti, i musei devono trovare un equilibrio tra la conservazione delle opere d'arte e le moderne tecnologie energetiche. La sfida più importante è mantenere un rigoroso controllo della temperatura e dell'umidità delle opere d'arte, offrendo al contempo ai visitatori un ambiente confortevole.

I sistemi di accumulo di energia termica offrono soluzioni economiche per le esigenze di climatizzazione. Il Brusk Museum in Belgio dimostra che questo sistema funziona bene: ha installato un sistema di batterie fredde ICEBAT da 1.300 kWh che mantiene le opere d'arte al sicuro anche in caso di guasto dei sistemi di raffreddamento. Il Fort Collins Museum of Discovery ha adottato un approccio simile con il suo sistema di accumulo di ghiaccio sul tetto. Il sistema genera ghiaccio di notte, quando i costi energetici sono bassi, e lo utilizza per raffreddare l'edificio durante il giorno.

Gli inverter intelligenti svolgono un ruolo cruciale convertendo la corrente continua dei pannelli solari in corrente alternata. Questi dispositivi supportano anche la rete con funzioni come la regolazione della tensione. Inoltre, i sistemi di accumulo di energia a lunga durata (LDES) alimentare gli impianti fino a 10 ore, molto più a lungo delle tipiche batterie agli ioni di litio, che durano solo quattro ore.

Il Children's Discovery Museum dimostra quanto il monitoraggio possa essere essenziale in questo campo. Hanno utilizzato dei data logger per monitorare le variazioni di temperatura e sono riusciti a ridurre i costi energetici del 48%. Sono bastati solo alcuni accorgimenti al sistema di automazione dell'edificio.

I musei che aspirano all'indipendenza energetica dovrebbero combinare diversi approcci. Gli esperti suggeriscono di utilizzare sistemi di accumulo termico per il raffreddamento, batterie per alimentare luci ed elettrodomestici e fonti di energia rinnovabile adattate alle esigenze di ogni struttura. Questa strategia completa contribuisce alla conservazione delle opere d'arte, consentendo al contempo di risparmiare denaro e di proteggere l'ambiente.

Raggiunta l'autosufficienza energetica al 90%: il Brisbane Motor Museum

Dal 16 giugno 2023, gli appassionati di auto di Brisbane hanno una nuova entusiasmante destinazione da esplorare. Il Brisbane Motor Museum , situato a Banyo, è un lussuoso centro progettato specificamente per gli appassionati di auto e moto. Con una superficie di oltre 900 metri quadrati, il museo offre uno spazio espositivo che ospita dai 40 ai 60 veicoli. Simile a una galleria d'arte, le mostre cambiano ogni tre mesi e sono a tema.

Per garantire condizioni ottimali per i veicoli conservati e offrire un'esperienza confortevole ai visitatori nel cuore di Brisbane, ogni giorno viene consumata una notevole quantità di energia per far funzionare i sistemi di aria condizionata continua e di controllo dell'umidità.

Per mitigare gli elevati costi dell'elettricità associati a queste esigenze, il museo ha commissionato a Springers Solar l' installazione di un impianto solare da 100 kW . Per massimizzare lo spazio disponibile, l'impianto include 270 pannelli intelligenti SolarEdge da 370 W, posizionati strategicamente sia sul tetto inclinato che su quello piano dell'edificio. Il museo ha selezionato tre inverter SolarEdge trifase da 30 kW, noti per le loro eccezionali prestazioni nelle applicazioni commerciali.

Grazie all'integrazione di una batteria da 54 kWh, fornita da quattro Tesla Powerwall posizionati in modo discreto all'interno, il museo raggiunge un notevole grado di autosufficienza solare. Queste batterie non solo garantiscono la sicurezza del museo, particolarmente importante per la conservazione dei materiali delle "del Vecchio Mondo" esposte, ma fungono anche da fonte di alimentazione di riserva immediata in caso di interruzioni di corrente. Le apparecchiature essenziali continuerebbero a funzionare senza interruzioni e le batterie compenserebbero il consumo energetico per il controllo della temperatura durante la notte.

Grazie all'implementazione di questo sistema solare e di batterie, il museo sta riducendo significativamente la sua impronta di carbonio e la bolletta elettrica. Si prevede che risparmierà 192 tonnellate di emissioni di CO₂ all'anno, impedendone il rilascio nell'atmosfera.

Vantaggi dell'indipendenza dalla rete elettrica

"Il calore estivo viene immagazzinato nel terreno sottostante e rilasciato nell'edificio in inverno. L'umidità relativa viene ridotta in estate dalla deumidificazione solare e in inverno dall'aumento della temperatura."

ha affermato Tim Padfield nel suo studio.

I musei che raggiungono l'indipendenza energetica attraverso soluzioni di accumulo ottengono vantaggi che vanno ben oltre il loro impatto ambientale. I costi energetici rappresentano una quota importante dei bilanci museali e sono in genere la prima o la seconda voce di spesa più importante. Il Science Museum of Minnesota ha ottenuto risultati notevoli, risparmiando oltre 300.000 dollari all'anno grazie all'implementazione di sistemi avanzati di recupero del calore.

Questi musei energeticamente indipendenti svolgono anche un ruolo fondamentale in caso di emergenza. Il California Indian Museum & Cultural Center contribuisce a far funzionare la struttura come un rifugio di raffreddamento, proteggendo fino a 125 persone durante le interruzioni di corrente. Questo dimostra come le istituzioni culturali possano diventare fulcri centrali per rafforzare la resilienza della comunità.

Gli edifici consumano il 35% dell'energia mondiale, offrendo ai musei un'opportunità unica di dare il buon esempio. I musei sono fonti di informazione affidabili, in grado di educare efficacemente i visitatori sulle soluzioni per il clima. Offrono tour dietro le quinte sulla sostenibilità che mostrano tutto, dai pannelli solari ai sistemi di risparmio idrico.

Diversi programmi di sovvenzioni negli Stati Uniti supportano questi cambiamenti con sovvenzioni che vanno da 10.000 dollari per la pianificazione iniziale a 100.000 dollari per i progetti di implementazione. Questi investimenti intelligenti consentono ai musei di concentrare le proprie risorse sui loro obiettivi primari didattici e di conservazione, anziché pagare le bollette. Il risultato sono istituzioni che proteggono sia il patrimonio culturale che le risorse ambientali.

Anche la Germania ha programmi di finanziamento per ristrutturazioni ad alta efficienza energetica e investimenti nella sostenibilità. Dal punto di vista museale, è utile effettuare ricerche approfondite o consultarsi.

In un dettagliato articolo del EcoFlow , composto principalmente da un gruppo di ingegneri specializzati in batterie, gli interessati ricevono una panoramica dei punti chiave relativi all'accumulo di energia per la vita fuori dalla rete . L'articolo si concentra in particolare sulle tecnologie disponibili, sugli aspetti da considerare nella scelta di una batteria e su come garantire la propria indipendenza energetica a lungo termine.

L'importanza dell'accumulo di energia per una vita autosufficiente

Con un sistema di accumulo, puoi utilizzare l'elettricità ogni volta che ne hai bisogno. Puoi usare l'energia solare generata durante il giorno per illuminare la casa, alimentare gli elettrodomestici o ricaricare l'auto elettrica di notte. Questa flessibilità riduce la dipendenza delle abitazioni dalla rete elettrica e garantisce che l'elettricità autoprodotta venga utilizzata al massimo del suo potenziale.

Un altro vantaggio è la protezione dalle interruzioni di corrente. I sistemi a batteria possono fornire energia durante le interruzioni di corrente, garantendo che l'energia sia sempre disponibile per l'illuminazione, gli elettrodomestici da cucina o gli impianti di riscaldamento, anche in aree prive di connessione alla rete.

Questo accumulo rende disponibile una quantità di energia notevolmente maggiore per l'autoconsumo. Chi produce più energia autonomamente deve acquistarne di meno. Questo riduce al minimo l'impronta di carbonio e consente di risparmiare sulla bolletta elettrica a lungo termine.

metodi di accumulo termico , insieme alle batterie. Questi accumulano energia termica per riscaldare rapidamente acqua o edifici. Questi metodi, che si utilizzino con impianti fotovoltaici o piccole turbine eoliche, offrono una soluzione a lungo termine nelle zone con condizioni meteorologiche avverse.

Diversi tipi di sistemi di accumulo di energia elettrica

I sistemi off-grid richiedono sistemi di accumulo di energia efficienti per immagazzinarla e rilasciarla quando necessario. Diverse tecnologie offrono vantaggi e applicazioni differenti.

Batterie: piombo-acido vs. ioni di litio

Le batterie al piombo-acido sono soluzioni robuste ed economiche. Tuttavia, offrono una durata e una capacità inferiori rispetto alle alternative più moderne. Per applicazioni con scariche frequenti, offrono una stabilità di ciclo limitata e richiedono maggiore manutenzione.

Le batterie agli ioni di litio immagazzinano molta energia senza essere pesanti e richiedono poca manutenzione. Sebbene costino di più all'acquisto, durano più a lungo e consentono di risparmiare denaro nel lungo periodo. Consentono inoltre di utilizzare in modo efficiente l'energia solare in eccesso, riducendo così gli sprechi energetici.

L'accumulo di idrogeno come alternativa

I sistemi di accumulo dell'idrogeno sfruttano l'elettricità in eccesso per l'elettrolisi e la immagazzinano a lungo termine. Questa tecnologia consente capacità maggiori ed è particolarmente adatta per sistemi off-grid su larga scala. Un vantaggio è la sua capacità di stoccaggio a lungo termine, che compensa le fluttuazioni stagionali.

L'installazione richiede tecnologie complesse e investimenti significativi. Il suo utilizzo nel settore privato rimane limitato. L'idrogeno offre potenziale per sistemi energetici sostenibili, soprattutto in combinazione con le batterie.

Accumulo di energia termica

Un accumulatore di calore funziona essenzialmente come un grande thermos: immagazzina energia sotto forma di calore, ad esempio sotto forma di acqua calda. Questo consente di fornire acqua calda o energia per il riscaldamento della casa, il che è particolarmente utile nei climi freddi.

I sistemi di accumulo termico sono meno adatti a soddisfare il fabbisogno di energia elettrica. Tuttavia, spesso integrano i sistemi di accumulo elettrico per aumentarne l'efficienza complessiva. Questi sistemi supportano una fornitura di calore sostenibile e indipendente dalla rete.

Selezione del sistema di archiviazione corretto

Durata e prestazioni

Con una durata utile fino a 10 anni e un'elevata stabilità al ciclo, le batterie agli ioni di litio rappresentano una scelta affidabile. Gli intervalli di sostituzione sono ridotti al minimo. Allo stesso tempo, la bassa perdita di carica e la tensione stabile garantiscono l'efficienza.

Ciò riduce la dipendenza da fonti energetiche esterne e aumenta la stabilità dell'approvvigionamento fuori dalla rete.

Capacità e requisiti di spazio

La capacità di accumulo deve essere adeguata al consumo energetico medio e alle fluttuazioni stagionali. Le batterie con espandibilità modulare offrono una soluzione flessibile. Le capacità individuali variano da 3 a 5 kWh. Sono disponibili opzioni di espansione, se necessario.

L'elevata densità energetica è una caratteristica fondamentale delle batterie progettate per installazioni salvaspazio. I sistemi al litio sono più compatti rispetto alle alternative al piombo-acido, il che li rende particolarmente adatti a spazi di installazione ridotti.

Costi e redditività

Le unità di accumulo al litio richiedono molto meno spazio rispetto alle tradizionali batterie al piombo, il che le rende perfette per scantinati, garage o altri spazi ristretti.

I costi derivano da frequenti cicli di sostituzione o guasti tecnici.

Installazione e manutenzione di sistemi di accumulo di energia

Aspetti di sicurezza

Un'area di stoccaggio sicura deve essere asciutta, ben ventilata e priva di materiali infiammabili. È richiesta particolare cautela con le batterie agli ioni di litio, che sono le più comunemente utilizzate. Sistemi avanzati di gestione della batteria (BMS) proteggono da sovraccarichi e scariche profonde. I dispositivi non si surriscaldano e il rischio di incendio è minimo grazie al monitoraggio automatico della temperatura e agli arresti di emergenza.

Una temperatura ambiente compresa tra 10 e 30 °C è ottimale. Il serbatoio di accumulo deve essere posizionato in un luogo facilmente accessibile, in modo che tutti i dispositivi di sicurezza possano essere controllati regolarmente. La vicinanza al quadro elettrico di distribuzione secondaria consente di risparmiare cavi e facilita la manutenzione.

Istruzioni per la manutenzione

Gli esperti raccomandano eseguire un'ispezione da un elettricista qualificato ogni quattro anni . Questa include la pulizia delle ventole, il controllo dei collegamenti e l'ispezione dell'involucro per verificare la presenza di danni. Per mantenere il corretto funzionamento delle batterie al piombo, è necessario riempirle con acqua distillata.

È necessario controllare regolarmente il monitoraggio della temperatura e la ventilazione. Per i sistemi agli ioni di litio sono inoltre richiesti aggiornamenti software e firmware.

Come potrebbe essere il futuro dei sistemi di accumulo di energia?

Entro il 2035, probabilmente assisteremo a un calo significativo dei costi di tali sistemi, in parte dovuto all'ottimizzazione dei processi di produzione e all'aumento della domanda.

Tuttavia, gli esperti del settore sostengono che siano necessarie soluzioni di accumulo più flessibili per supportare il rapido aumento dell'uso di energie rinnovabili. Per garantire un accesso all'energia costante e meno volatile, il ruolo dei sistemi decentralizzati è fondamentale.

Aziende come EcoFlow Home Battery  utilizzano soluzioni di accumulo integrate con controlli intelligenti e processi automatizzati per migliorare la gestione dell'energia e ottimizzare i consumi.

Un altro focus sono i sistemi di accumulo multifunzionali . Possono fornire energia per una varietà di applicazioni, come il funzionamento di pompe di calore o la ricarica di veicoli elettrici. Per soddisfare la crescente domanda energetica delle moderne istituzioni culturali e dei luoghi d'arte, anche le capacità di tali sistemi sono in crescita.

Gli scienziati stanno sviluppando nuove tecnologie, come le batterie allo stato solido al sodio . Queste hanno il potenziale per migliorare ulteriormente la densità energetica e la stabilità del ciclo, riducendo al minimo i rischi per la sicurezza. Nei prossimi decenni, queste innovazioni influenzeranno in modo significativo lo sviluppo delle tipologie di accumulo.

I progressi in termini di efficienza, riduzione dei costi e versatilità sono fondamentali per le decisioni.