Come ottimizzare l’autoconsumo fotovoltaico

Nel corso del tempo gli incentivi del fotovoltaico per i clienti privati ​​sono scomparsi e i costi per kWh per l’elettricità di rete sono aumentati continuamente. Di conseguenza, i sistemi fotovoltaici connessi alla rete sono aumentati notevolmente negli ultimi anni, determinando vendite di energia alla rete di distribuzione in caso di surplus di energia fotovoltaica. Per rendere questi sistemi economicamente redditizi senza finanziamenti, è necessario che i consumatori stessi utilizzino il più possibile l’elettricità FV auto-generata dal proprio impianto, e questo fattore è descritto dalla percentuale di autoconsumo.

L’autoconsumo dell’elettricità fotovoltaica in loco negli edifici sta guadagnando interesse come modo per accogliere elevate penetrazioni del fotovoltaico nel sistema di alimentazione elettrica. Sui mercati in cui non esiste (o non esiste più) un sostanzioso sostegno per le energie rinnovabili, vi è ancora un incentivo economico per l’autoconsumo del fotovoltaico, poiché i prezzi di vendita dell’energia fotovoltaica sono normalmente inferiori ai prezzi dell’energia elettrica al dettaglio.

Dunque, l’interesse per l’autoconsumo di elettricità fotovoltaica prodotta da sistemi residenziali connessi alla rete è in aumento tra i proprietari di impianti fotovoltaici e nella comunità scientifica. L’autoconsumo può essere definito, semplicemente, come la quota della produzione totale di energia fotovoltaica che viene direttamente consumata dal proprietario del sistema fotovoltaico. Di seguito discuteremo l’interessante argomento di come ottimizzare il livello di questo autoconsumo.

Con la diminuzione delle sovvenzioni per l’elettricità fotovoltaica in diversi Paesi, l’aumento dell’autoconsumo può aumentare il profitto degli impianti fotovoltaici e ridurre lo stress sulla rete di distribuzione elettrica. Perciò vi è un’ampia ricerca sull’autoproduzione del fotovoltaico e sulle opzioni per migliorare l’autoconsumo. Due opzioni importanti permettono di aumentare l’autoconsumo, vale a dire lo stoccaggio di energia e la gestione del carico, chiamato anche gestione lato domanda.

Il diverso profilo fra il fotovoltaico senza accumulo e il carico domestico.

Dove non esiste ancora il supporto di incentivi al fotovoltaico, i sistemi di gestione dell’energia domestica sviluppati nell’ambito della domotica – o automazione domestica – potrebbero essere interessanti per aumentare il valore della generazione di energia fotovoltaica sul posto. Questi sistemi forniscono in genere la pianificazione di elettrodomestici programmabili e possono anche includere l’accumulo di batterie per il trasferimento dell’energia fotovoltaica in eccesso dal giorno alla notte.

Quanto può essere aumentato l’autoconsumo delle abitazioni del fotovoltaico in loco con lo spostamento del carico e lo stoccaggio della batteria? In che modo il valore della generazione di PV in loco è influenzato da queste opzioni? C’è qualche vantaggio per la rete di distribuzione con un’adozione diffusa di tali sistemi? Sono ormai stati sviluppati vari modelli di simulazione per i sistemi di gestione dell’energia con carico ottimizzato e piccole capacità di stoccaggio della batteria per edifici monofamiliari.

Questi dati dettagliati forniscono informazioni sui singoli cicli di lavoro degli apparecchi e consentono una valutazione realistica del potenziale di spostamento del carico. La conclusione principale è che questi sistemi hanno un potenziale per migliorare l’autoconsumo del fotovoltaico e il valore della produzione di pochi punti percentuali, ma se non viene introdotto un ampio stoccaggio della batteria, è improbabile che abbiano un impatto marcato sulla gestione del sistema di distribuzione.

I risultati di alcune simulazioni mostrano che in un tipico impianto fotovoltaico domestico è possibile aumentare l’autoconsumo relativo del 13-24% con una capacità di accumulo della batteria di 0,5-1 kWh per kW installato e tra il 2% e il 15% con la gestione lato domanda (ad es. anticipando o posticipando l’uso di un elettrodomestico), rispetto alla percentuale originale di autoconsumo. Le risposte comportamentali all’autoconsumo del fotovoltaico e altri aspetti devono essere ulteriormente studiati.

La parte gialla e nera del grafico esprimono l’autoconsumo dell’impianto fotovoltaico domestico. La parte nera è quella dovuta al sistema di accumulo dell’energia.

Un’altra ottima opzione per migliorare l’autoconsumo è la riprogrammazione degli apparecchi programmabili, in genere lavatrici, asciugatrici e lavastoviglie. Alcune ricerche hanno determinato il potenziale per aumentare l’autoconsumo del fotovoltaico attraverso la pianificazione di questi apparecchi in edifici unifamiliari. Sono state eseguite simulazioni di pianificazione giornaliera del carico per abbinare la generazione di energia fotovoltaica in loco e i recenti prezzi del mercato dell’elettricità (2008-2012), utilizzando un set di profili di carico per elettrodomestici per 200 famiglie monitorate.

Dato che questi dati forniscono la proprietà dell’elettrodomestico e gli schemi di utilizzo giornaliero degli elettrodomestici in una vasta gamma di famiglie, si ottiene un limite superiore realistico al potenziale di autoconsumo. Le conclusioni sono che lo spostamento del carico può potenzialmente aumentare l’autoconsumo del fotovoltaico di circa 200 kWh in media, corrispondente a qualche percento della produzione totale di energia fotovoltaica per i sistemi studiati (3-9 kWp).

Da anni le batterie agli ioni di litio sono diventate in molti Paesi economiche per le applicazioni residenziali. I ricercatori usano un modello di ottimizzazione non lineare per determinare l’ottimale dimensionamento e funzionamento di un sistema fotovoltaico residenziale + batterie agli ioni di litio, valutando diverse ipotesi di costi e di strutture tariffarie. È dimostrato che l’efficacia economica dello stoccaggio dell’energia fotovoltaica dipende in larga misura dalla specifica struttura tariffaria considerata.

Anche il corretto dimensionamento e la corretta configurazione delle singole parti dell’impianto fotovoltaico domestico (carico, resa solare e accumulo) sono cruciali per il funzionamento economicamente efficiente. In questo contesto è importante non sovradimensionare il sistema di accumulo, perché i costi di investimento sarebbero enormi e successivamente il sistema non sarebbe redditizio. La durata dell’impianto può essere massimizzata dalla corretta gestione del sistema.

Un punto importante di questa ottimizzazione è la strategia di accumulo. In genere l’energia è fornita dall’impianto fotovoltaico e, se c’è una richiesta di energia nella famiglia, l’energia è utilizzata dalla famiglia stessa. Se l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico è superiore alla domanda in quel momento richiesta dalla famiglia, l’eccedenza viene immagazzinata. Se è necessaria più energia di quella fornita dall’impianto fotovoltaico al momento, l’energia viene prelevata dalle batterie.

L’energia viene prelevata dalla rete pubblica solo se la domanda della famiglia non può essere soddisfatta dal sistema di stoccaggio. Se non esiste né una domanda né una capacità di stoccaggio gratuita, l’eccedenza viene immessa nella rete elettrica pubblica. Le vere e proprie strategie di accumulo – gestite dai sistemi più intelligenti per il mercato domestico – tengono conto delle previsioni meteorologiche e dei carichi prevedibili per gestire correttamente la capacità disponibile nell’accumulo.

La produzione di energia fotovoltaica (e la domanda di energia residenziale sono correlate negativamente sia su base annuale che diurna. Se i livelli di penetrazione fotovoltaica aumentano, sono necessari metodi per affrontare la sovrapproduzione di energia nelle reti di distribuzione locali per evitare costosi rinforzi della rete. L’aumento dell’auto-consumo locale con l’aggiunta di un veicolo elettrico plug-in al carico domestico è un’opzione, avendo un impatto significativo sul carico familiare.

Essa potenzialmente cambia la coincidenza tra carico domestico e produzione di energia fotovoltaica. È stato dimostrato da alcune simulazioni al computer che la proposta aggiunta di un veicolo elettrico plug-in ai carichi domestici migliora l’autoconsumo del fotovoltaico sia a livello individuale che a livello aggregato, tuttavia l’aumento è limitato a causa della bassa coincidenza tra il modello di produzione di energia fotovoltaica e i modelli di carica del veicolo elettrico plug-in.

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