Comunità dell'energia – contesto tecnico

A metà ottobre di quest'anno è stato pubblicato. Legge sul mercato dell'energia elettrica (ZTEE) che introduce una serie di novità di cui, ai fini del presente testo, troviamo una parte interessante relativa alle Comunità dell'energia. Si tratta della possibilità di associare i cittadini in formazioni che consentirebbero loro di produrre congiuntamente elettricità (qui si assume l'energia prodotta dalla tecnologia delle centrali fotovoltaiche) e di condividere l'energia prodotta nell'ambito della stessa sottostazione. La legge suscita opinioni divergenti per quanto riguarda il suo potenziale di accelerare la microgenerazione individuale di energia elettrica e la condivisione reciproca (negoziazione) delle eccedenze energetiche generate tra i membri della comunità energetica. In questa prima parte presentiamo il background tecnico del finanziamento degli impianti fotovoltaici.

Introduzione

Negli ultimi anni, da quando i prezzi dei pannelli solari sono diminuiti in modo significativo, le centrali fotovoltaiche sono diventate progetti finanziariamente autosufficienti. La possibilità di raggiungere la redditività investendo in centrali fotovoltaiche indirizza giustamente l'attenzione dei cittadini agli investimenti. Inoltre, ultimamente, il termine "prosumatore", un termine composto dai termini "produttore" e "consumatore", è stato frequentemente incontrato per indicare l'entità che consuma (consumatore) l'elettricità, ma genera anche (produttore).

Il ruolo dell'entità nel consumo di energia elettrica è noto, ma le questioni, soprattutto pratiche, di attuazione, sorgono proprio in relazione al processo di produzione e condivisione dell'energia elettrica. Le comunità energetiche, il cui scopo è la produzione e la condivisione dell'elettricità prodotta, possono essere raggiunte dai cittadini tra di loro, ma anche, con loro o in modo indipendente, da altri enti come unità di autogoverno locali e regionali, istituzioni, società di servizi pubblici e altri enti riuniti attorno a una stazione di trasformazione. Qui, il più intrigante è questa capacità limitata di collaborare sul posto Incluso in una sottostazione Ciò limita in modo significativo il senso di condivisione dell'elettricità prodotta, soprattutto nel contesto croato di bassa densità di popolazione, che causa un numero relativamente elevato di sottostazioni con un numero limitato di connessioni. Si sottolinea che i membri della comunità energetica possono condividere l'energia prodotta; ma non per vendere. Così, almeno, si può dedurre da formulazioni non sufficientemente chiare dai regolamenti.

Nella maggior parte dei paesi dell'UE è prassi non guardare la stazione di trasformazione, ma la distanza fisica (1 km, ecc.)

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Produzione di energia da impianti fotovoltaici

La rivoluzione tecnologica degli ultimi cento anni ha portato alla democratizzazione e alla proliferazione di numerosi prodotti o servizi che fino ad allora erano a disposizione di una ristrettissima cerchia di privilegiati. Basti ricordare l'espansione dell'uso dei veicoli personali, i viaggi aerei o la disponibilità di computer e dispositivi mobili. Ce ne sono centinaia, ma ora un altro ramo altamente centralizzato dell'economia è sulla strada del decentramento di massa: la produzione e la distribuzione di energia elettrica.

Le centrali fotovoltaiche non sono una nuova tecnologia, ma negli ultimi dieci anni si sono verificati cambiamenti significativi con un drastico calo dei prezzi dei pannelli solari e delle apparecchiature di controllo, tanto che un tipico impianto fotovoltaico per impianti domestici di 10 kW dieci anni fa valeva oltre mezzo milione di kune, mentre oggi il prezzo dell'impianto con installazione è di circa settantamila kune, che, mettendolo a disposizione della famiglia media, cioè il prezzo è paragonabile, ad esempio, all'installazione di riscaldamento centralizzato o pompe di calore.

Oltre al fotovoltaico, si stanno verificando importanti sviluppi anche nel contesto dello stoccaggio dell'energia: le batterie, in cui gli impianti a batteria non sono più di grandi dimensioni e non richiedono una manutenzione speciale. Il crescente numero di autovetture elettriche non dovrebbe essere trascurato, il che avrà anche un forte impatto sul consumo e sullo stoccaggio di energia elettrica nelle proprie batterie, che spesso hanno una capacità molto elevata. Oltre a queste innovazioni tecniche, sono emersi modelli di sfruttamento innovativi che cercano di esaminare il costo per tutta la vita dell'impianto e quindi aprire alcune altre opportunità nel contesto della proprietà e del controllo dell'impianto stesso, vale a dire nuovi modelli finanziari più sostenibili a lungo termine.

Infine, in un mondo sempre più volatile, sarà particolarmente importante garantire fonti energetiche stabili e sicure, riducendo così la dipendenza e l'impatto delle esternalità, mentre è fondamentale che queste fonti energetiche siano anche rispettose dell'ambiente, non aumentino la loro impronta di carbonio e siano economicamente sostenibili a lungo termine.

Tuttavia, ogni nuova tecnologia comporta qualche tipo di rischio (tecnico e finanziario), e per capire i rischi è importante comprenderne il funzionamento, quindi per cominciare diamo un'occhiata a quali sono i componenti di base dell'impianto fotovoltaico.

Tipi di impianti fotovoltaici

Il compito chiave del sistema fotovoltaico è la conversione diretta dell'energia solare in elettricità, che consente il funzionamento di un certo numero di carichi AC (AC) o DC (DC). Il sistema FN può anche avere un sistema di backup aggiuntivo, in genere una batteria o un generatore, che consente un funzionamento isolato. Gli impianti fotovoltaici sono costituiti da moduli fotovoltaici, convertitori di energia ed elettronica di controllo. Sistemi più semplici (per cottage, ecc.) alimentano solo i consumatori DC (lampade più piccole, radio, ecc.), Ma con l'aggiunta di un convertitore DC / CA, tale sistema può quindi produrre elettricità per tutti i comuni consumatori AC.

Generalmente, l'impianto fotovoltaico può essere suddiviso nei seguenti gruppi:

1. Indipendente (autonomo) – completamente indipendente dalla rete

2. Griglia, collegata alla rete:

• Attivo (interattivo) - bidirezionale, può prendere energia dalla rete ma anche inviare eccedenze da FN
• passiva – unidirezionale, la rete funge (solo) da fonte di backup quando non vi è produzione in FN

3. Ibrido, essenzialmente autonomo con l'aggiunta di fonti di energia rinnovabili (il più delle volte parchi eolici).

Gli impianti autonomi sono per valore di capitale il più significativo degli impianti fotovoltaici connessi alla rete di distribuzione. La differenza nel valore del capitale deriva dall'esistenza di un sistema di batterie, apparecchiature di controllo aggiuntive e regolatori. Inoltre, il convertitore di rete per sistemi fotovoltaici connessi alla rete è più semplice per funzione e in genere ha meno potenza di quelli autonomi.
sistemi.

Naturalmente, valori di capitale più elevati di tali progetti causeranno anche costi operativi più elevati nel ciclo di vita della centrale fotovoltaica.

Sistema fotovoltaico indipendente (autonomo)

I sistemi autonomi producono tutta l'energia necessaria ai consumatori da soli e questo crea sfide significative. Ad esempio, quando l'elettricità deve essere fornita di notte o in periodi con bassa intensità di radiazione solare, è certamente necessaria una batteria di capacità adeguata per fungere da serbatoio di elettricità.

Un componente chiave del sistema è il controller per la ricarica e lo scarico controllati della batteria e, aggiungendo un inverter (da = 12 V a ~ 230 V), il sistema è anche in grado di alimentare i consumatori abituali come lavatrici, televisori, frigoriferi, computer e piccoli elettrodomestici, naturalmente in base alla capacità installata dell'impianto fotovoltaico e delle batterie. Tipicamente utilizzato in aree isolate, isole o insediamenti montani remoti, sia per applicazioni private che aziendali (ad esempio stazioni base di telecomunicazione, fari, sistemi di monitoraggio stradale, ecc.). Un esempio di questo sistema è mostrato nella Figura 1. A causa delle minori perdite, è auspicabile avere il maggior numero possibile di carichi CC.

Sistemi fotovoltaici ibridi

L'idea di base del sistema fotovoltaico ibrido è quella di aumentare la disponibilità e l'affidabilità del sistema collegando impianti fotovoltaici autonomi con altre fonti di energia elettrica di backup, come turbine eoliche, piccole centrali idroelettriche, unità ausiliarie a benzina o diesel.

I moderni inverter consentono il collegamento di turbine eoliche e impianti fotovoltaici senza grossi problemi, dando maggiore sicurezza e disponibilità di fornitura di energia elettrica e consentendo una minore capacità della batteria come serbatoio di energia elettrica. Per le soluzioni che utilizzano aggregati a benzina e diesel, i sistemi sono dimensionati in modo tale che gli aggregati siano utilizzati in modo minimo, il che consente di risparmiare carburante, ridurre i costi di manutenzione degli aggregati e prolungarne la durata. Un esempio di un sistema fotovoltaico ibrido è mostrato in Figura 2.

Impianto fotovoltaico di rete passivo e attivo

La complessità dell'impianto fotovoltaico è determinata dal livello di automazione. In generale, distinguiamo i sistemi fotovoltaici passivi di rete che utilizzano la rete elettrica solo in modo condizionato, nei periodi in cui i moduli fotovoltaici non possono produrre quantità sufficienti di elettricità, ad esempio di notte quando le batterie sono scariche allo stesso tempo (Figura 3). Di solito tutto il regolamento è manuale.

I sistemi fotovoltaici di rete attivi e interattivi utilizzano la rete in modo dinamico, prelevando energia dalla rete pubblica in caso di maggiori esigenze o quando l'energia è economica, o restituendola alla rete pubblica in caso di eccedenza di energia elettrica prodotta nei moduli fotovoltaici o quando è redditizio vendere energia (figura 4). In genere, tali sistemi sono automatizzati e autonomi e, se sono collegati ad alcune logiche AI / ML, possono eseguire algoritmi più complessi per il trading di energia elettrica.

Connessione del sistema alla rete

Gli impianti fotovoltaici sono collegati tramite inverter alla rete di distribuzione, dove essi stessi producono corrente continua in pannelli FN, che deve essere successivamente convertita in una tensione alternata della frequenza di rete per alimentare i consumatori o lavorare in parallelo con la rete elettrica. L'alimentazione elettrica pubblica è responsabile del mantenimento della qualità della frequenza e della tensione, per cui in caso di deviazione, il funzionamento dell'inverter viene automaticamente spento o interrotto.

Il problema della stabilità della rete è molto complesso e va oltre il campo di applicazione di questo articolo, ma va notato che ci possono essere effetti negativi degli impianti fotovoltaici collegati alla rete di distribuzione (se non implementati dalle norme), come l'aumento della corrente di cortocircuito, minando la sensibilità della protezione nella rete elettrica, l'impatto sulla qualità dell'elettricità, la disponibilità della rete di distribuzione e l'aumento delle perdite di rete. Gli impatti dipendono dalla potenza della sorgente (sistema FN), dal suo consumo nel punto di connessione e dalle caratteristiche dell'impianto, e dalle caratteristiche della rete di distribuzione a cui è collegato. Collegare l'impianto fotovoltaico alla rete presenta anche nuove sfide per gli operatori di rete che ora hanno flussi di energia in due direzioni, e non solo verso il consumatore, soddisfacendo quindi necessariamente tutti gli standard giuridici positivi.

Oltre alla questione della produzione fisica di elettricità, è anche importante misurare correttamente, registrare eccedenze o deficit e l'intero contesto del commercio di energia. Nel solito modo di collegare l'impianto fotovoltaico alla rete, la corrente di uscita dall'impianto fotovoltaico viene utilizzata per fornire principalmente i consumatori della famiglia e l'eccedenza prodotta viene immessa nella rete (Figura 5).

Gestione intelligente del sistema (produzione, consumo e commercio di energia elettrica)

Un elemento importante della realizzazione di un impianto fotovoltaico sostenibile è la gestione (se possibile automatizzata) dei processi di produzione, consumo e vendita di energia elettrica.

Il cuore del sistema è un contatore elettrico intelligente (Prosumer meter) che consente il controllo dei flussi di energia in un impianto fotovoltaico. Il prosumer può essere relativamente semplice con una logica basata su regole più piccole (time switch o alcune semplici regole come prendere decisioni basate sullo stato di carica della batteria) o aiutato da un sistema esterno più complesso (di solito in un cloud con proprietà AI / ML associate a fonti di informazioni pertinenti sui prezzi dell'energia in tempo reale) che determinerà il momento migliore per acquistare o vendere energia elettrica in base alla domanda e al prezzo. Oltre ai Prosumer, sono fondamentali anche gli elettrodomestici intelligenti che possono essere controllati da remoto. Questa intelligenza può essere integrata nei dispositivi o (per le apparecchiature più vecchie) possono essere utilizzate prese intelligenti che consentono anche il controllo della qualità dell'alimentazione.

Possiamo quindi individuare i seguenti scenari tipici:

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Criteri di selezione delle attrezzature

I sistemi fotovoltaici sono molto diversi da tutte le fonti convenzionali di energia elettrica, principalmente per:

• scegliere una soluzione tecnica individuale e non di routine
• la scelta critica delle dimensioni degli impianti fotovoltaici e convenzionali, da cui dipende maggiormente il rapporto costo-efficacia;
• selezione molto critica di attrezzature che deve fare 25g senza riparazione.
• molto importante a chi sottoporre l'esecuzione dei lavori.

La parte più importante di qualsiasi impianto fotovoltaico sono i moduli fotovoltaici, che devono soddisfare le caratteristiche tecniche appropriate. Ciò significa che deve esserci tutta la documentazione tecnica necessaria per dimostrare le prove, la funzionalità e la produzione annuale in condizioni ben definite.

I criteri di selezione delle attrezzature sono i seguenti:

• Origine nota delle apparecchiature
• documentazione tecnica delle attrezzature
• Atei e garanzie tecniche delle attrezzature
• Istruzioni per la gestione e l'assemblaggio
• Contratto sulle garanzie tecniche e di produzione per le attrezzature
• prezzo specifico, termine e modalità di pagamento, durata della garanzia
• un elenco dei riferimenti del fabbricante o del suo mandatario;

Efficacia in termini di costi, entrate, spese, costi di impianto

L'efficacia in termini di costi di tutte le tecnologie di produzione di energia, compresi gli impianti fotovoltaici, è determinata da:

• ricavi e risparmi derivanti dall'utilizzo del sistema
• costi di investimento (investimenti)
• Costi operativi
• costi di assistenza e manutenzione
• Costi di smantellamento al termine del ciclo di vita dell'impianto
• costi indiretti (preventivi e di bonifica) di conservazione dell'ambiente circostante.

I costi di investimento in impianti fotovoltaici possono, in linea di principio, essere suddivisi in:

• costi di investimento per moduli fotovoltaici
• costi di investimento per gli inverter
• costi di investimento per regolatori di tensione e ricarica delle batterie
• Costi di investimento delle batterie
• costi di investimento in altre attrezzature
• costi dei servizi di progettazione e consulenza
• costi di installazione delle attrezzature.

Tre elementi chiave nel costo totale della costruzione di un impianto fotovoltaico sono:

• Moduli fotovoltaici con una quota di costo di 77,3 %,
• scambiatore con una quota di costo di 9,97 %,
• costruzione con una quota di costo di 4,15 %.

Domande sull'efficienza del sistema

Qual è il coefficiente di temperatura del pannello solare?

I pannelli solari sono più efficaci ad una temperatura di 25 gradi C. Per ogni grado C al di sopra di questo valore, l'efficienza deve diminuire di una percentuale compresa tra 0,3% e 0,5% In media. Questa percentuale è nota come coefficiente di temperatura della piastra.

In PVGIS, le perdite dell'impianto fotovoltaico dovute alla temperatura elevata con moduli installati accanto al tetto della casa ammontano a 15,2%, e con moduli montati sulla struttura portante 10,5% . La ragione di ciò è dovuta a una maggiore ventilazione e quindi a una minore diminuzione della potenza massima del modulo. Ci sono ancora perdite dovute alla riflessione. 2,4% e perdite di inverter e cavi da 4%.

Come posso aumentare la potenza del mio pannello solare?

Regolatore PWM o MPPT? Utilizzare sempre il regolatore solare MPPT - sono fino a 30% Più efficace del PWM Il tipo. La manutenzione e la pulizia regolari aiutano a mantenere la potenza di uscita dei pannelli solari. Assicurarsi che la matrice di pannelli solari è in luce solare diretta senza ombreggiatura. I faretti solari possono aiutare ad aumentare la potenza di uscita, ma è necessario fare attenzione a non surriscaldare i pannelli, il che ridurrà l'uscita.

Quali pannelli solari sono i migliori poli o mono?

I pannelli solari monocristallini sono più efficienti di quelli policristallini, ma sono anche più costosi. Tuttavia, i costi relativi e l'efficienza si stanno avvicinando e c'è poca differenza.

Vale la pena installare un sistema di monitoraggio solare?

Per gli impianti fissi, è necessario scegliere l'angolo ottimale per la massima energia annuale o per la massima energia durante il periodo in cui abbiamo bisogno di più produzione di elettricità. È teoricamente la soluzione migliore con monitoraggio a due assi del movimento apparente del Sole. Questo può aumentare l'energia ottenuta da 25-40%. Ma è proprio vero?

Un esempio di bilancio per l'area della Croazia meridionale è riportato nella figura 1., da ciò è evidente che il monitoraggio del movimento del sole presenta alcuni vantaggi, ma questo dovrebbe quindi essere inserito nel contesto della redditività economica, sia degli investimenti che dello sfruttamento. I sistemi di tracciamento sono complessi, hanno molti elementi mobili: motori o interruttori che, oltre ad aumentare gli investimenti, sono in seguito un importante consumatore di energia. Ciò aumenta la possibilità di guasti del sistema e tali impianti sono significativamente meno resistenti alle raffiche di vento, che è un fattore significativo nelle nostre condizioni.

Di seguito (Figura 2) presentiamo un esempio realistico creato sulla base di misurazioni reali in un impianto in Portogallo.

Il grafico mostra l'uso di un impianto fotovoltaico con un sistema di monitoraggio che ha un attuatore di azionamento uniassiale che sposta il pannello fotovoltaico per tracciare la direzione della luce solare. Questo attuatore consuma elettricità come fonte e l'elettricità consumata proviene da pannelli solari alimentati da attuatori, il che provoca una riduzione dell'energia disponibile per i consumatori.

In conclusione, rispetto ai sistemi a pannello fisso, un impianto fotovoltaico con sistema di monitoraggio dell'energia solare meno efficace da usare.

Puoi saperne di più su questo argomento dall'eccellente manuale (puoi ordinarlo gratuitamente) Schrack Technik – Manuale fotovoltaico.

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Questa è la prima parte della versione estesa del testo originariamente pubblicato sulla Gazzetta il Centro per lo Sviluppo del Settore Pubblico e Non Profit, Tim4Pin n. 1 2022

La seconda parte è disponibile all'indirizzo:

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