Relazione sull’esperienza acquisita funzionamento di un impianto fotovoltaico con un accumulatore chimico

L’impianto è stato installato sugli abbaini di un’antica casa unifamiliare con un’inclinazione di 5°. I moduli sono orientati a nord-est e sud-ovest. Il sistema comprende 18 moduli con una superficie di 30 m² e una prestazione di 5.4 kWp. L’impianto è inoltre dotato di un accumulatore aggiuntivo da 6 kWh. La casa ha una superficie di ca. 160 m² e ha 6 inquilini. Il riscaldamento e la produzione di acqua calda avvengono con pellet e solare termico e, eccetto la pompa di circolazione, non hanno bisogno di energia elettrica.

Consumatori elettrici

L’impianto fotovoltaico è raffigurato in modo schematico nel grafico qui di seguito. Il centro è costituito dall’inverter. Esso trasforma la corrente continua del modulo solare in corrente alternata e mette a disposizione questa energia per i consumatori interni, l’accumulatore chimico e, come ultima priorità, per la rete.

Nella configurazione attuale, l’impianto produce 786 Watt. Di questi, 227 Watt sono consumati direttamente nell’edificio e i restanti 425 Watt sono immessi nella rete. L’accumulatore viene completamente caricato.

Giornata tipica

L’edificio consuma energia elettrica anche di notte e scarica l’accumulatore. Nonostante tutti gli sforzi per ridurre le perdite dovute agli apparecchi in standby, utilizzando prese multiple con interruttore, resta una prestazione minima di 100 Watt. Al mattino alle ore 6.00 l’accumulatore è scarico, pertanto deve attingere per un breve periodo all’elettricità della rete. Quando sorge il sole, intorno alle ore 6.30, l’autoproduzione di energia elettrica riprende, viene consumata e la batteria si ricarica. Alle ore 13.30 l’accumulatore è di nuovo completamente pieno. L’energia prodotta durante il pomeriggio deve essere immessa nuovamente nella rete. Il maggior consumo di energia elettrica è alle ore 19.00. I picchi di consumo sono dovuti a cucina, lavastoviglie, lavatrice e bollitore e scaricano l’accumulatore del 50%. L’illuminazione e l’utilizzo dei PC scaricano l’accumulatore di un ulteriore 20%. L’accumulatore immagazzina l’energia elettrica prodotta durante il giorno per la sera ed è appena sufficiente per coprire il consumo anche della notte. Soltanto utilizzando uno «smart meter», che indica l’andamento del carico, è possibile una valutazione dettagliata dei consumi.

Consumo di energia elettrica autoprodotta 

Tenendo in considerazione tutto l’anno, l’edificio si alimenta per quasi il 100% con l’energia fotovoltaica. Dal bilancio energetico è evidente che ca. 1/3 dell’energia elettrica viene immessa nella rete e poi nuovamente presa. Con gli accumulatori chimici questo problema non può essere risolto. L’elettricità dovrebbe essere immagazzinata durante la stagione. Ciò è possibile ad esempio mediante la trasformazione in idrogeno e poi la sua riconversione. Tuttavia, questa soluzione non è molto conveniente a causa delle ingenti perdite durante la trasformazione e del difficile accumulo. Un’alternativa potrebbe essere utilizzare l’energia «in eccesso» per la mobilità elettrica.

Dati tecnici ed economicità 

Il rendimento annuo dell’impianto ammonta a 683 kWh/(kWp*anno). Questo valore è inferiore alle attese ma è possibile spiegarlo utilizzando la seguente rappresentazione: il 23 giugno 2018 era una bella giornata estiva. L’impianto ha tuttavia raggiunto la sua piena prestazione dalle ore 14.00 poiché un albero gli faceva ombra. Senza l’albero, il rendimento sarebbe stato ca. il 30% in più e di conseguenza i costi di produzione dell’elettricità sarebbero stati del 30% inferiori. L’albero ha tuttavia un effetto positivo sul microclima e protegge l’edificio dal surriscaldamento. In inverno perde le foglie e le perdite di rendimento sono inferiori.

I costi di produzione di energia elettrica, incluso l’accumulatore chimico, ammontano a 19 centesimi ogni kWh, ossia quasi al limite dell’economicità. Senza l’accumulatore, l’energia elettrica viene prodotta a 13 centesimi ogni kWh.

Immagazzinare l’energia nell’accumulatore costa 0,27 ct./kWh. Non è quindi economico. Grazie alla riduzione dei prezzi e al rapido sviluppo tecnologico in questo settore, questa situazione probabilmente cambierà in un prossimo futuro.

Conclusioni e previsioni

Costruire un impianto solare con incluso lo smart meter necessario, permette di analizzare il consumo energetico personale e migliorarlo. La cosa migliore è consumare energia elettrica durante il giorno, mentre viene prodotta. In un nucleo familiare dove tutti i componenti lavorano durante il giorno o vanno a scuola, questo non è semplice. Lavastoviglie, lavatrice e asciugatrice potrebbero essere utilizzate impostando l’avvio ritardato. Ma questo non si è dimostrato fattibile. L’accumulatore fa il suo buon servizio e fornisce alla sera l’energia necessaria per cucinare, lavare e usare il computer. Ogni anno vengono immessi nuovamente nella rete circa 1'320 kWh di energia elettrica. Con questa energia, un’automobile elettrica potrebbe fare 5’000 km. Poiché l’auto non viene utilizzata per andare al lavoro e durante il giorno è per lo più parcheggiata davanti a casa, potrebbe assorbire l’energia in eccesso.

Excursus sul grado di autarchia e percentuale di consumo proprio

Nel fotovoltaico, gli impianti si distinguono spesso in base alla percentuale di consumo proprio e al grado di autarchia. Il grado di autarchia indica qual è il rapporto tra l’energia solare consumata e il consumo energetico complessivo. Un grado di autarchia del 100% significa che non occorre acquistare energia dalla rete. Un’autarchia completa in Europa è molto difficile da raggiungere. Le differenze di stagione sono troppo grandi. In una casa unifamiliare con un impianto da 5 kW questo valore si attesta intorno al 30% e con un accumulatore giornaliero può raggiungere il 60%. Più alto è il grado di autarchia, maggiore è il contributo per la riduzione di CO₂.

La quota di consumo proprio, invece, si riferisce all’energia solare consumata rispetto a quella prodotta. Una percentuale di consumo proprio del 100% significa che non viene immessa nella rete alcuna energia elettrica. Le condizioni quadro economiche attuali promuovono una quota di consumo proprio elevata, perché l’immissione nella rete elettrica viene compensata con tariffe sempre più basse. È sicuramente utile adeguare l’andamento del carico del consumo energetico alla produzione solare mediante la gestione del carico. Se a causa di questo indice vengono costruiti degli impianti artificialmente più piccoli, questo non è uno andamento positivo. Grazie alla disponibilità e alla convenienza sempre maggiori degli accumulatori è possibile raggiungere una quota di consumo proprio elevata.

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