La crescente capacità fotovoltaica connessa alla rete e il conseguente impatto sulla rete stessa hanno creato condizioni più favorevoli per lo sviluppo dei sistemi di accumulo di energia.
L'accumulo di energia fotovoltaica si differenzia dalla generazione di energia elettrica connessa alla rete in quanto utilizza batterie per l'immagazzinamento e dispositivi per la carica e la scarica delle batterie; l'investimento iniziale sarà maggiore, ma la gamma di possibili applicazioni sarà considerevolmente più ampia. In questo articolo, presentiamo quattro scenari applicativi di fotovoltaico con accumulo di energia che corrispondono a diverse applicazioni: scenari di applicazione di fotovoltaico con accumulo di energia in rete, scenari di applicazione di fotovoltaico con accumulo di energia fuori rete, scenari di applicazione di sistemi di accumulo di energia ibridi e scenari di applicazione di fotovoltaico con accumulo di energia in microreti.
1. Scenario per applicazioni di accumulo di energia fotovoltaica off-grid
I sistemi fotovoltaici di accumulo e generazione di energia off-grid sono sempre più utilizzati in regioni montuose remote, aree prive di rete elettrica, isole, stazioni base di telecomunicazione e illuminazione stradale, tra gli altri luoghi in cui possono funzionare autonomamente senza dipendere dalla rete elettrica.
Il sistema è composto da un impianto fotovoltaico, un inverter fotovoltaico, un sistema di accumulo a batterie e un carico elettrico. In presenza di luce, l'impianto fotovoltaico trasforma l'energia solare in energia elettrica e, contemporaneamente, alimenta il carico tramite il motore a controllo inverso e ricarica il pacco batterie; in assenza di luce, le batterie alimentano il carico CA tramite l'inverter.
I sistemi di generazione di energia fotovoltaica off-grid sono progettati specificamente per l'installazione in regioni prive di rete elettrica o soggette a frequenti interruzioni di corrente. Questi sistemi funzionano secondo un principio di "accumulo e utilizzo" o "prima accumulo e poi utilizzo", analogamente a come il carbone viene fatto passare attraverso la neve. "La neve ingloba il carbone". Nelle aree senza rete elettrica o con frequenti blackout che colpiscono le famiglie, i sistemi off-grid risultano estremamente pratici.
2. Scenari per applicazioni di accumulo di energia ibrida fotovoltaica-rete
I sistemi di accumulo di energia ibrida fotovoltaica-rete sono comunemente impiegati durante le frequenti interruzioni di corrente. Le elevate tariffe per l'autoconsumo impediscono l'immissione di surplus in rete; le tariffe di punta sono significativamente più costose rispetto alle tariffe di valle e a quelle per applicazioni alternative.
Il sistema è costituito da array fotovoltaici composti da moduli di celle solari, macchinari integrati per la produzione di energia solare, sia autonomi che connessi alla rete, pacchi batteria, carichi e altri componenti. In presenza di luce, l'array fotovoltaico trasforma l'energia solare in energia elettrica e carica il banco batterie, alimentando al contempo il carico tramite l'inverter di controllo solare; in assenza di luce, la batteria carica l'inverter di controllo solare e successivamente alimenta il carico in corrente alternata.
L'inclusione di regolatori di carica/scarica e batterie nei sistemi connessi alla rete e in quelli isolati aumenta il costo complessivo di circa il 30%-50% rispetto al solo sistema di generazione di energia connesso alla rete. Tuttavia, questo incremento amplia le potenziali applicazioni del sistema. In primo luogo, è possibile configurare l'impianto fotovoltaico per generare energia alla sua capacità nominale durante i periodi di picco della domanda di elettricità, al fine di ridurre i costi. In secondo luogo, è possibile caricare l'impianto fotovoltaico durante il funzionamento in modalità off-grid e scaricarlo durante i periodi di picco della domanda di elettricità, sfruttando la differenza di prezzo tra le fasce orarie di punta e quelle di bassa domanda. Infine, in caso di indisponibilità della rete, l'impianto fotovoltaico funge da fonte di alimentazione di riserva e l'inverter può essere disattivato per operare in modalità off-grid. Attualmente, questo scenario è implementato con maggiore frequenza nei paesi sviluppati all'estero.
3. Scenari di applicazione dei sistemi di accumulo di energia fotovoltaica connessi alla rete
Sistema di generazione di energia fotovoltaica con accumulo in rete, che opera in modalità di accoppiamento CA utilizzando prevalentemente componenti fotovoltaici e di accumulo energetico. Oltre ad aumentare la quota di autoconsumo e di accumulo distribuito fotovoltaico a terra, nonché le potenziali applicazioni di accumulo di energia fotovoltaica industriale e commerciale, il sistema possiede la capacità di immagazzinare l'energia in eccesso prodotta.
L'array fotovoltaico è costituito da moduli di celle solari, a cui si aggiungono un pacco batterie, un regolatore di carica/scarica (PCS) e un carico che consuma energia. Quando la potenza solare prodotta è inferiore alla potenza richiesta dal carico, il sistema viene alimentato in parte dall'energia solare e in parte dalla rete elettrica. Al contrario, quando la potenza solare supera la potenza richiesta dal carico, una parte dell'energia solare viene utilizzata per alimentare il carico, mentre la parte restante viene immagazzinata dal regolatore. Inoltre, il sistema di accumulo di energia può essere impiegato nella gestione della domanda, nell'ottimizzazione dei picchi e delle valli di consumo e in altri scenari per migliorare la redditività del sistema.
Nel nuovo mercato energetico cinese, il sistema di accumulo di energia fotovoltaica connesso alla rete ha suscitato notevole interesse come scenario emergente di applicazione delle energie rinnovabili. Integrando un dispositivo di accumulo di energia, la generazione di energia fotovoltaica e una rete CA, il sistema massimizza l'utilizzo dell'energia rinnovabile.
4. Scenari di applicazione dei sistemi di accumulo di energia nelle microreti
Grazie alla sua importanza come dispositivo di accumulo di energia, il sistema di accumulo di energia a microrete sta assumendo un ruolo sempre più rilevante nel sistema energetico e nello sviluppo delle nuove energie in Cina.
Con la crescente popolarità delle energie rinnovabili e il continuo progresso scientifico e tecnologico, aumentano anche gli scenari applicativi per i sistemi di accumulo di energia nelle microreti. Tali scenari riguardano principalmente i due aspetti elencati di seguito:
1) Generazione di energia distribuita e sistema di accumulo energetico: La generazione di energia distribuita si riferisce all'installazione di apparecchiature di generazione di energia su piccola scala in prossimità dell'utente finale, utilizzando fonti come l'energia eolica, solare fotovoltaica e altre. L'energia in eccesso prodotta viene successivamente immagazzinata in un sistema di accumulo energetico, fungendo da alimentazione di riserva durante i periodi di elevata domanda di elettricità o interruzioni di rete.
2) Alimentazione di riserva tramite microrete: per garantire un'alimentazione elettrica locale affidabile in aree remote, isole e altri luoghi con accesso difficoltoso alla rete elettrica, i sistemi di accumulo di energia tramite microrete possono essere utilizzati come fonti di alimentazione di riserva.
Sfruttando la complementarietà multi-energetica, le microreti possono ottimizzare l'utilizzo del potenziale dell'energia pulita distribuita. Ciò consente loro di mitigare aspetti sfavorevoli come la capacità limitata, la generazione di energia inaffidabile e le fonti di alimentazione indipendenti non affidabili, garantendo al contempo il funzionamento sicuro della rete elettrica principale. Di conseguenza, le microreti rappresentano un valido complemento alla rete elettrica più ampia. La scala degli scenari applicativi delle microreti è considerevolmente maggiore, spaziando da pochi kilowatt a decine di megawatt, e la varietà di possibili implementazioni è notevolmente più ampia.
Le modalità di utilizzo dell'accumulo di energia fotovoltaica sono ampie e diversificate, e comprendono microreti, sistemi off-grid e sistemi connessi alla rete. Le applicazioni pratiche delle energie rinnovabili sono caratterizzate dai vantaggi e dalle caratteristiche specifiche di ogni tipologia di scenario, che nel complesso forniscono agli utenti un'energia affidabile ed efficiente.
Con il continuo progresso della tecnologia fotovoltaica e la costante riduzione dei costi, l'accumulo di energia fotovoltaica assumerà un ruolo sempre più significativo nel sistema energetico del futuro. Allo stesso tempo, lo sviluppo e l'implementazione di diversi scenari faciliteranno la rapida crescita del settore energetico emergente in Cina e contribuiranno al raggiungimento della transizione energetica e di uno sviluppo a basse emissioni di carbonio e ambientalmente sostenibile.
