Inoltre, il costante calo delle tariffe di immissione in rete ha portato un numero crescente di proprietari di impianti a utilizzare l'energia che producono anziché immetterla nella rete. Per massimizzare l'autoconsumo, i sistemi di accumulo vengono spesso utilizzati in combinazione con sistemi di gestione energetica. Questi sistemi di accumulo fotovoltaico richiedono inverter con sistemi di controllo e flussi energetici più complessi rispetto a quelli disponibili in precedenza, poiché si concentrano non solo sulla massimizzazione dell'autoconsumo, ma anche su funzioni aggiuntive quali:
- Programmazione ottimizzata dell'inverter per sfruttare i carichi fuori picco
- Qualità della rete migliorata
- Funzione di interruzione di corrente di emergenza
Questo articolo descrive in dettaglio le nuove caratteristiche tecniche richieste agli inverter di ultima generazione per assolvere a queste funzioni.
Flusso di energia nei sistemi di accumulo
In generale, un sistema di accumulo fotovoltaico può funzionare con i seguenti cinque flussi di carico (Figura 1):
1. Generatore fotovoltaico → Inverter: energia fotovoltaica
2. Inverter → Consumatore o immissione in rete
3. Inverter → Batteria: carica della batteria
4. Batteria → Inverter: scarica della batteria
5. Rete CA → Inverter: carica della batteria con energia di rete CA
I primi due flussi di energia sono tipici dei sistemi fotovoltaici senza funzione di accumulo.
Tuttavia, i sistemi con accumulo devono essere in grado di gestire i flussi di energia 3 e 4 per caricare e scaricare la batteria.
Il flusso di energia 5, che carica la batteria dalla rete CA, non è un requisito obbligatorio per un sistema con accumulo e, pertanto, non tutti i sistemi di accumulo offrono questa opzione.
Quest'ultima modalità operativa consente molte applicazioni aggiuntive, alcune già importanti oggi e altre che lo saranno in futuro, come mostrato negli esempi seguenti:
Funzione di carica CA.
Sebbene la funzione di carica CA non sia la più rilevante per ottimizzare l'autoconsumo, un'analisi più dettagliata mostra che molte applicazioni non sono possibili senza questa funzione. La carica tramite corrente CA può avvenire utilizzando fonti di energia private o autoprodotte (abitazioni) o reti pubbliche (forniture di rete). Esempi di applicazioni di carica CA possono essere analizzati dal punto di vista dei seguenti tre gruppi di stakeholder:
Dal punto di vista dell'operatore di sistema
– Accoppiamento con altre fonti energetiche (accoppiamento in corrente alternata):
Negli ultimi anni, si è registrato un crescente numero di piccoli impianti di cogenerazione (micro CHP) e persino di parchi eolici di bassa potenza sul mercato. In questi sistemi, l'elettricità è disponibile anche quando la produzione fotovoltaica è bassa, ad esempio in inverno, e il sistema di accumulo fotovoltaico opera al di sotto della sua capacità. La funzione di carica in corrente alternata consente l'immagazzinamento temporaneo dell'energia in eccesso proveniente da fonti ausiliarie per un utilizzo successivo.
Inoltre, l'accoppiamento in corrente alternata permette l'installazione del sistema di accumulo all'interno di un impianto fotovoltaico esistente.
Conservazione della carica:
se per lunghi periodi l'energia fotovoltaica disponibile è scarsa o assente (a causa di moduli difettosi, generatori fotovoltaici coperti di neve o altri fattori), la funzione di carica in corrente alternata impedisce la completa scarica del sistema di accumulo e il conseguente deterioramento prematuro della batteria.
Carico minimo in situazioni di emergenza
: molti sistemi di accumulo fotovoltaico includono una funzione di alimentazione di emergenza in caso di interruzione o guasto della rete elettrica. Indipendentemente dalle condizioni di isolamento, il carico CA garantisce una capacità minima nel sistema di accumulo. Ciò consente anche di pianificare e determinare se ci sarà tempo sufficiente per caricare completamente il sistema in caso di interruzione o guasto della rete.
Dal punto di vista degli utenti del mercato elettrico:
tariffe elettriche a fasce orarie.
L'introduzione dei contatori intelligenti ha permesso alle società di distribuzione dell'energia elettrica di offrire ai propri clienti tariffe a fasce orarie. Ciò consente di alimentare i sistemi di accumulo di energia con elettricità prelevata dalla rete durante le ore non di punta e di utilizzare tale energia durante le ore di punta. Questo è particolarmente utile durante le ore di scarsa insolazione.
Utilizzo di sistemi di accumulo flessibili per l'ottimizzazione e il bilanciamento della rete:
il ruolo dei mercati dell'energia elettrica (mercati del kWh) e dei rispettivi partecipanti è quello di raggiungere il miglior equilibrio possibile tra offerta (produzione) e domanda (consumo) prima che l'energia elettrica sia necessaria. Per un'integrazione ottimale di queste fonti energetiche nel mercato, in particolare l'energia fotovoltaica ed eolica a causa delle loro naturali fluttuazioni, sono necessari strumenti di previsione con diverse opzioni. Una di queste opzioni è l'accumulo decentralizzato a batteria (che, combinato, forma una "centrale elettrica virtuale").
Dal punto di vista del gestore della rete elettrica:
miglioramento della qualità della rete.
Il significativo aumento degli impianti fotovoltaici connessi alla rete si traduce in una maggiore responsabilità per questi sistemi nella fornitura del servizio e nel garantire la qualità dell'intera rete. L'utilizzo di sistemi di accumulo energetico consente agli impianti fotovoltaici di svolgere un ruolo cruciale nel mantenimento dei livelli di tensione e frequenza necessari nella rete di distribuzione. La funzione aggiuntiva di ricarica delle batterie con l'elettricità di rete in corrente alternata (dopo il passaggio attraverso l'inverter in corrente continua) conferisce all'impianto fotovoltaico una maggiore versatilità.
Partecipazione al mercato di bilanciamento dell'energia elettrica:
il gestore della rete elettrica compensa gli squilibri elettrici gestendo la produzione di energia elettrica quando la produzione e la domanda istantanea non coincidono. La gestione dell'energia elettrica viene quindi effettuata in base alle esigenze della rete per raggiungere un equilibrio tra domanda e produzione di energia elettrica. Così come il gestore del sistema elettrico utilizza questa capacità di rete (vedi sotto), l'accumulo decentralizzato a batteria offre un'opzione flessibile di gestione dell'energia elettrica basata sulle esigenze sia dell'utente che della rete.
Tecnologia Multi-Flow
I flussi di energia descritti nella sezione precedente sono necessari per garantire le prestazioni ottimali del sistema di accumulo fotovoltaico. Non solo l'inverter è necessario per queste modalità operative, ma è anche importante sapere se i flussi di corrente possono avvenire in parallelo (simultaneamente). La tecnologia Multi-Flow utilizzata nella serie Fronius Symo Hybrid rappresenta un approccio completo al controllo dei flussi di energia, in cui l'inverter diventa il centro di controllo intelligente per tutti i flussi di corrente. I seguenti esempi illustrano i vantaggi dei sistemi di accumulo con tecnologia Multi-Flow.
Fornitura simultanea di energia dall'impianto fotovoltaico e dalla batteria all'abitazione
Per soddisfare il fabbisogno energetico dell'abitazione, l'impianto fotovoltaico fornisce energia, con l'eventuale deficit coperto dalla batteria.
Senza la tecnologia Multi-Flow, ovvero quando i flussi di energia non possono avvenire in parallelo, l'impianto fotovoltaico non sarebbe in grado di soddisfare il fabbisogno energetico dell'abitazione, nemmeno con l'energia immagazzinata nelle batterie. Inoltre, l'impianto fotovoltaico dovrebbe spegnersi, con conseguente perdita di energia.
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Ricarica della batteria e alimentazione domestica con fotovoltaico:
se la potenza prodotta dall'impianto fotovoltaico supera il consumo domestico, l'energia in eccesso viene immagazzinata nella batteria. Quest'energia in eccesso non viene immessa nella rete elettrica finché la batteria non è completamente carica.
Senza la tecnologia Multi Flow, l'inverter sarebbe costretto a ridurre la sua potenza, con conseguente perdita di energia.
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Alimentazione elettrica domestica e ricarica simultanea della batteria con fotovoltaico e altre fonti energetiche:
per soddisfare il fabbisogno energetico domestico, viene utilizzata l'energia prodotta dall'impianto fotovoltaico e da altre fonti energetiche (ad esempio, una piccola turbina eolica o un sistema di cogenerazione), con l'energia in eccesso immagazzinata contemporaneamente nella batteria. Ciò consente di ottenere un livello di autonomia molto maggiore, anche durante i mesi invernali.
Gli impianti senza tecnologia Multi Flow non sono in grado di utilizzare la batteria per immagazzinare temporaneamente energia proveniente da altre fonti.
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Copertura del fabbisogno energetico in situazioni di emergenza tramite energia fotovoltaica e batteria.
In situazioni di emergenza, il fabbisogno energetico domestico può essere coperto simultaneamente da un impianto fotovoltaico e da una batteria. Pertanto, il funzionamento in caso di emergenza continua anche quando la batteria è scarica, a condizione che l'energia prodotta sia superiore a quella consumata.
Nel caso di un sistema privo di tecnologia Multi Flow, l'energia prodotta dall'impianto fotovoltaico spesso non può essere utilizzata per le operazioni di emergenza e viene quindi persa.
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6 Riepilogo
Le esigenze poste agli inverter in un sistema di accumulo di energia sono maggiori rispetto a quelle di un sistema fotovoltaico convenzionale senza accumulo. L'inverter in un moderno sistema di accumulo deve eseguire un controllo intelligente per ogni flusso di energia, nonché massimizzare l'autoconsumo. Per garantire l'assenza di perdite di energia e raggiungere i massimi livelli di efficienza energetica, tutti i flussi di energia devono poter essere forniti simultaneamente. Per alcune applicazioni, ciò è possibile solo con la funzione di carica in corrente alternata, rendendo quindi questa funzione ancora più critica.
Il pacchetto energetico Fronius e la tecnologia Multi Flow soddisfano i rigorosi requisiti di controllo di un moderno sistema di accumulo di energia. La tecnologia Multi Flow consente di utilizzare il sistema di accumulo in un'ampia varietà di applicazioni, sia attuali che future.
