L'energia prodotta nel corso della vita dei tipici pannelli solari da tetto compensa ampiamente l'energia necessaria per produrre, montarli ed eventualmente riciclarli. Ma l'aggiunta di una batteria domestica di solito riduce quei dividendi, secondo una nuova ricerca della Stanford University.

Studi precedenti stimavano che la produzione di energia fosse circa nove volte l'energia investita nei pannelli solari. Al contrario, un nuovo studio pubblicato dalla Royal Society of Chemistry's Energia e combustibili sostenibili ha esaminato l'output di un tipico sistema su tetto installato in cinque diversi stati americani. Ha scoperto che il tasso di rendimento energetico varia da un minimo di 14 in Alaska a un massimo di 27 nella soleggiata Arizona, ma solo quando i proprietari di case sono in grado di inviare energia in eccesso alla rete.

Però, quando i proprietari di casa installano una batteria e la caricano con l'elettricità in eccesso prima di inviare gli avanzi alla rete, il ritorno energetico sull'investimento per l'intero sistema è del 21% inferiore rispetto ai soli pannelli solari, hanno scoperto i ricercatori Simon Davidsson Kurland e Sally M. Benson. Quando i proprietari di casa non hanno batteria e nessuna presa di rete, l'elettricità in più viene semplicemente sprecata. Quindi, il ritorno del sistema sull'energia investita scende a sette in Alaska e un massimo di 14 in Florida, alla pari con studi precedenti. Poiché i proprietari di case in questo scenario devono acquistare elettricità durante la sera, l'aggiunta di una batteria domestica standard agli ioni di litio migliora l'ammortamento energetico.

"Gli alti rendimenti complessivi mostrano i vantaggi energetici del fotovoltaico in un'ampia gamma di regioni geografiche degli Stati Uniti e, presumibilmente, altrove, " ha detto Benson, co-direttore del Precourt Institute for Energy di Stanford e professore di ingegneria delle risorse energetiche. "Ma dimostrano anche che se uno stato incoraggia i proprietari di case a investire in sistemi sui tetti per raggiungere obiettivi di energia pulita, quindi lasciare che l'energia in eccesso fluisca nella rete si ottiene il massimo da quegli investimenti".

La tanto studiata metrica "ritorno sull'investimento energetico" aiuta a valutare politiche che non possono essere misurate solo in termini economici, come il raggiungimento di obiettivi ambientali. Per adesso, i pannelli fotovoltaici sono realizzati utilizzando energia principalmente da combustibili fossili, quindi un profitto da 14 a 27 volte nell'elettricità rinnovabile sostiene le politiche che supportano l'energia solare. Come controesempio, l'argomento principale contro l'etanolo a base di mais è che per produrlo e distribuirlo viene impiegata più energia di quanta ne produca l'etanolo in un'auto.

Payoff finanziari per l'energia solare residenziale negli Stati Uniti, però, non sono chiari. Quasi tutti gli stati consentono la vendita di elettricità in eccesso alle utility, ma quanto vengono pagati i proprietari di case e quanto possono vendere varia. Nella maggior parte degli stati, i consumatori vengono pagati allo stesso tasso che pagano quando usano l'energia. Quando il sistema sta esportando nella griglia, il contatore del cliente va al contrario. In una manciata di stati, anche se, i proprietari di abitazione vengono pagati in base a quanti soldi la loro elettricità ha risparmiato in totale sull'utilità:un prezzo molto più basso.

Alimentazione di rete vs. batterie domestiche

L'aggiunta di batterie a un impianto fotovoltaico domestico riduce in media il ritorno energetico dell'intero sistema del 21 percento a causa di due fattori. Primo, l'aggiunta di batterie significa più energia sotto forma di combustibili fossili investita nella realizzazione dell'intero sistema. Secondo, la quantità di elettricità scaricata da una batteria è dell'8% inferiore alla quantità di elettricità necessaria per caricarla, una perdita rispetto all'invio di elettricità direttamente a un sistema elettrico più grande con i clienti che possono utilizzare immediatamente l'energia.

"Per quanto riguarda il ritorno energetico sull'investimento, è difficile giustificare l'aggiunta di batterie agli impianti fotovoltaici residenziali fintanto che la generazione in eccesso può essere resa disponibile per altri utenti della rete, " ha detto Davidsson Kurland, che era uno studioso post-dottorato presso il Global Climate &Energy Project di Stanford durante la conduzione di questa ricerca. Ora è ricercatore post-dottorato presso la Chalmers University of Technology in Svezia.

C'è ancora speranza per le batterie domestiche, Trovato Davidson Kurland e Benson. Quando la vendita alla rete non è un'opzione, le batterie domestiche migliorerebbero ipoteticamente il rendimento del sistema domestico dal 12 al 42 percento nei cinque stati esaminati. L'estremità superiore della gamma nello studio è per un clima come quello di Washington, dove i primi pomeriggi possono vedere molto sole ma poco consumo di elettricità residenziale, creando un'opportunità per le batterie. L'estremità inferiore è per il clima della Florida, dove il caldo e l'umidità alimentano i sistemi di condizionamento mentre il sole splende anche se in casa non c'è nessuno. In realtà, i consumatori possono rivendere l'energia in eccesso alla rete in Florida e, con limiti, a Washington.

Utilità come batteria gratis?

Negli stati che consentono ai proprietari di energia solare di rivendere alla rete allo stesso prezzo che le utenze applicano ai consumatori, le utenze si lamentano di essere utilizzate come batteria gratuita. Sebbene tale politica possa raggiungere obiettivi ambientali incoraggiando i pannelli solari domestici, potrebbe diventare finanziariamente insostenibile per le utility. Il Nevada in particolare ha affrontato questo problema. Lo stato ha drasticamente ridotto la tariffa pagata dai fornitori di servizi fotovoltaici ai fornitori di servizi fotovoltaici nel 2016, che ha provocato un contraccolpo. Due anni dopo, lo stato ha aumentato le tariffe al 95% della tariffa al dettaglio pagata dai consumatori.

The current study acknowledges the dilemma. "As rooftop solar and large, photovoltaic power stations grow, electricity grids will not be able to accept more afternoon power, unless new uses of cheap afternoon electrons grow, " Benson said.

The study also highlights the need for new research and development to improve the energy inputs, round-trip efficiency and life expectancy of batteries.