Accumulo di energia per l'autosufficienza: i musei stanno diventando sempre più indipendenti dalla rete

Il mondo ha più che mai bisogno di accumulo di energia, con la transizione verso l'energia elettrica rinnovabile, proveniente dall'energia solare ed eolica. Il sole fornisce alla Terra più energia in un'ora di quanta l'umanità ne consumi in un anno intero. Questo rappresenta un'opportunità considerevole per istituzioni culturali, organizzazioni ed enti culturali che desiderano diventare più sostenibili. I musei hanno iniziato a riconoscere e sfruttare questo potenziale.

L' uso dell'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 la domanda energetica locale con impianti più piccoli, riducendo al contempo la dipendenza dalla rete.

I musei che mirano all'autosufficienza energetica hanno diverse opzioni tra cui scegliere, che vanno dall'accumulo tramite batterie e dall'accumulo termico a soluzioni energetiche 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

In combinazione con una struttura leggera, l'energia incorporata è molto inferiore rispetto a un edificio massiccio in mattoni cotti o calcestruzzo. L'apporto energetico totale durante il ciclo di vita dell'edificio è trascurabile rispetto ai depositi museali e agli archivi convenzionali

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

L'esperienza nell'accumulo di energia risale a secoli fa, con metodi tradizionali come gli impianti idroelettrici 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 la situazione.

Le soluzioni di accumulo di energia sono diventate più accessibili a un pubblico più ampio grazie alle infrastrutture pubbliche. Gli impianti idroelettrici a pompaggio rimangono la spina dorsale dell'approvvigionamento energetico, rappresentando il 95% dell'accumulo di energia su scala industriale. I sistemi di accumulo a batteria hanno acquisito un'importanza significativa, con la tecnologia agli ioni di litio che ora controlla oltre il 90% del mercato globale delle batterie connesse alla rete.

Musei e centri culturali in tutto il mondo stanno guidando questo sviluppo con iniziative pionieristiche. 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 una cella frigorifera, offrendo riparo a un massimo di 125 persone durante le interruzioni di corrente.

L'introduzione di sistemi di accumulo di energia e di pannelli solari fotovoltaici da parte 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 con una capacità di accumulo di soli 431 MWh, erano ben lungi dall'essere sufficienti. Tuttavia, questo divario si sta colmando più rapidamente, poiché BloombergNEF prevede che l'uso 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 hanno bisogno di un equilibrio tra la conservazione delle opere d'arte e le moderne tecnologie energetiche. La sfida più importante consiste nel mantenere un rigoroso controllo della temperatura e dell'umidità per le opere d'arte, offrendo al contempo ai visitatori un ambiente confortevole e accogliente.

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 produce 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 (CC) dei pannelli solari in corrente alternata (CA). Questi dispositivi supportano anche la rete con funzioni come la regolazione della tensione. Inoltre, i sistemi di accumulo di energia a lungo termine (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 data logger per monitorare le variazioni di temperatura e sono riusciti a ridurre i costi energetici del 48%. Sono state necessarie solo alcune ottimizzazioni 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 specifiche di ogni istituzione. Questa strategia completa contribuisce alla conservazione delle opere d'arte, consentendo al contempo di risparmiare denaro e di tutelare 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 appositamente per gli amanti di auto e moto. Con una superficie di oltre 900 metri quadrati, il museo vanta uno spazio espositivo che ospita dai 40 ai 60 veicoli. Simile a una galleria d'arte, le mostre cambiano ogni tre mesi e si concentrano su un tema specifico.

Per garantire condizioni ottimali per i veicoli ricevuti e offrire ai visitatori un'esperienza confortevole nel cuore di Brisbane, ogni giorno viene consumata una notevole quantità di energia per far funzionare i sistemi di climatizzazione 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 sfruttare al meglio lo spazio disponibile, l'impianto è composto da 270 pannelli intelligenti SolarEdge da 370 W, posizionati strategicamente sia sulla sezione inclinata che su quella piana del tetto dell'edificio. Il museo ha optato per tre inverter SolarEdge trifase da 30 kW, rinomati per le loro eccezionali prestazioni nelle applicazioni commerciali.

Grazie all'integrazione di una batteria di accumulo da 54 kWh, fornita da quattro Tesla Powerwall posizionati in modo discreto all'interno, il museo raggiunge un notevole livello di autosufficienza utilizzando l'energia 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 di elettricità necessario per il controllo della temperatura durante la notte.

Grazie all'implementazione di questo sistema solare e di batterie, il museo riduce significativamente la sua impronta di carbonio e la bolletta elettrica. Si stima che verranno risparmiate 192 tonnellate di emissioni di CO₂ all'anno, evitando così il loro rilascio in atmosfera.

Vantaggi dell'indipendenza dalla rete elettrica

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

così Tim Padfield nella sua indagine.

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 considerevole del budget di un museo 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 cruciale in caso di emergenza. Il sistema solare e di accumulo del California Indian Museum & Cultural Center aiuta la struttura a funzionare come un rifugio frigorifero, 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 di tutto, dai pannelli solari ai sistemi di risparmio idrico.

Diversi programmi di finanziamento 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 prioritari didattici e di conservazione, anziché dover pagare le bollette. Il risultato sono istituzioni che proteggono sia il patrimonio culturale che le risorse ambientali.

Anche in Germania programmi di finanziamento per ristrutturazioni ad alta efficienza energetica e investimenti nella sostenibilità. Dal punto di vista museale, è utile condurre ricerche o consulenze approfondite in questo ambito.

team di EcoFlow , composto principalmente da ingegneri specializzati in batterie, offre ai lettori interessati una panoramica degli aspetti chiave dell'accumulo di energia per la vita fuori dalla rete . Si concentra in particolare sulle tecnologie disponibili, sugli aspetti da considerare nella scelta e su come garantire l'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 delle sue potenzialità.

Un altro vantaggio è la protezione dalle interruzioni di corrente. I sistemi a batteria possono fornire energia durante le interruzioni, 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 sulle bollette elettriche a lungo termine.

metodi di accumulo termico , in combinazione con batterie. Questi accumulano energia termica in modo da poter riscaldare rapidamente acqua o edifici. Questi metodi, che si tratti di impianti fotovoltaici o di piccole turbine eoliche, offrono una soluzione a lungo termine in aree con condizioni meteorologiche avverse.

Diversi tipi di sistemi di accumulo di energia elettrica

I sistemi off-grid richiedono un accumulo di energia efficiente 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 inferiore e una capacità inferiore 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 pochissima manutenzione. Sebbene costino di più all'acquisto, durano più a lungo e consentono di risparmiare denaro nel lungo periodo. Consentono inoltre un utilizzo particolarmente efficiente dell'energia solare in eccesso, con conseguente riduzione delle perdite di energia.

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 elevati. Il suo utilizzo nel settore privato rimane limitato. Tuttavia, l'idrogeno offre potenziale per sistemi energetici sostenibili, soprattutto se combinato con le batterie.

Accumulo di energia termica

Un sistema di accumulo termico funziona essenzialmente come un grande thermos: immagazzina energia sotto forma di calore, ad esempio sotto forma di acqua calda. Questo permette di fornire acqua calda o energia per il riscaldamento alla casa, il che è prezioso, soprattutto nelle regioni fredde.

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

Selezione del sistema di archiviazione appropriato

Durata e prestazioni

Con una durata 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, le basse perdite di carica e la tensione stabile garantiscono l'efficienza.

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

Capacità e requisiti di spazio

La capacità di accumulo deve essere adattata al consumo energetico medio e alle fluttuazioni stagionali. Le batterie espandibili modularmente offrono una soluzione flessibile a questo scopo. Le capacità individuali variano da 3 a 5 kWh. Sono disponibili opzioni di espansione, se necessario.

L'elevata densità energetica è una caratteristica importante delle batterie che devono essere installate in modo salvaspazio. I sistemi al litio sono più compatti rispetto alle alternative al piombo-acido, il che li rende particolarmente adatti per installazioni in spazi ridotti.

Costi ed efficienza

I sistemi di accumulo al litio richiedono molto meno spazio rispetto alle tradizionali batterie al piombo-acido e sono quindi perfetti 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 luogo di conservazione sicuro deve essere asciutto, ben ventilato e privo di materiali infiammabili. È richiesta particolare attenzione con le batterie agli ioni di litio, che sono il tipo più comunemente utilizzato. Sistemi avanzati di gestione della batteria (BMS) proteggono da sovraccarichi e scariche profonde. I dispositivi non si surriscaldano e il rischio di incendio rimane minimo grazie al monitoraggio automatico della temperatura e agli arresti di emergenza.

Una temperatura ambiente compresa tra 10 e 30 °C è ottimale. L'unità di accumulo deve essere posizionata in un luogo facilmente accessibile in modo che tutti i dispositivi di sicurezza possano essere controllati regolarmente. La vicinanza al quadro elettrico di distribuzione consente di risparmiare sui cavi e semplifica la manutenzione.

Istruzioni per la manutenzione

Gli esperti raccomandano ispezionare l'elettrodomestico da un elettricista qualificato ogni quattro anni . Questo include la pulizia delle ventole, il controllo dei collegamenti e l'ispezione dell'involucro per verificare la presenza di danni. Per mantenere le batterie al piombo-acido in buone condizioni, è necessario rabboccarle con acqua distillata.

La temperatura e la ventilazione devono essere monitorate regolarmente. Per i sistemi agli ioni di litio sono inoltre necessari aggiornamenti software e firmware.

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

Entro il 2035 si assisterà probabilmente a una significativa riduzione dei costi di tali sistemi, dovuta in parte all'ottimizzazione dei processi di produzione e all'aumento della domanda.

Tuttavia, per supportare il rapido aumento dell'uso delle energie rinnovabili, sono necessarie soluzioni di accumulo più flessibili, sostengono gli esperti del settore. È necessario enfatizzare il ruolo dei sistemi decentralizzati per garantire un accesso all'energia costante e meno fluttuante.

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

Un altro focus è sui sistemi di accumulo multifunzionali . Questi possono fornire energia per diverse 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 stanno crescendo.

Gli scienziati stanno sviluppando nuove tecnologie, come le batterie allo stato solido a base di 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 tecnologie di accumulo di energia.

I progressi in termini di efficienza, riduzione dei costi e versatilità sono fondamentali per il processo decisionale.