Soluzione solare + accumulo + ricarica veicoli elettrici

Perché combinare energia solare, accumulo e ricarica di veicoli elettrici cambia i calcoli economici

La maggior parte dei siti commerciali tratta l’energia solare, l’accumulo con batterie e la ricarica di veicoli elettrici come tre progetti separati. Questo approccio fa perdere opportunità di risparmio. Quando un impianto fotovoltaico genera più energia di quanta ne consuma l’edificio, l’eccedenza viene spesso immessa nella rete elettrica a un basso prezzo di immissione. In seguito, quando i veicoli necessitano di ricarica serale, il sito acquista nuovamente energia dalla rete a un prezzo al dettaglio molto più elevato.

Combinando i tre componenti si risolve tale squilibrio. L’energia solare in eccesso viene immessa negli accumulatori invece di uscire dal sito. L’energia immagazzinata successivamente ricarica i veicoli dopo il tramonto o durante le finestre di domanda massima. Il sistema diventa una piccola utility, spostando gli elettroni economici prodotti di giorno verso sessioni di ricarica serali più preziose.

Una soluzione che integra energia solare, accumulo e ricarica di veicoli elettrici riduce anche i costi legati alla potenza massima richiesta. Le bollette elettriche commerciali includono spesso una voce relativa alla potenza massima, calcolata in base al prelievo più elevato registrato in un qualsiasi intervallo di quindici minuti nel ciclo di fatturazione. Anche pochi veicoli elettrici che si ricaricano contemporaneamente possono far impennare tale valore. Gli accumulatori assorbono tali picchi, appiattiscono la curva di carico e riducono l’importo della bolletta mensile, senza modificare il numero di veicoli ricaricati.

L’architettura tecnica alla base di un sistema affidabile

Un sistema ben progettato richiede più di semplici pannelli, batterie e caricabatterie fissati insieme. La conversione dell’energia è la prima sfida tecnica. I pannelli solari producono energia in corrente continua (DC). Le batterie immagazzinano energia in corrente continua (DC). I caricabatterie per veicoli elettrici (EV) erogano energia in corrente alternata (AC) o in corrente continua (DC), a seconda del livello di ricarica. Ogni passaggio di conversione comporta una piccola perdita di energia.

I sistemi a corrente continua (DC-coupled) riducono tali perdite collegando i pannelli solari e le batterie allo stesso bus in corrente continua prima dell’inversione. Questa architettura risulta logica quando la maggior parte dell’energia solare verrà immagazzinata inizialmente e utilizzata successivamente. I sistemi a corrente alternata (AC-coupled) sono più facili da integrare in impianti solari già esistenti, ma aggiungono ulteriori passaggi di conversione.

Il sistema di gestione dell'energia è al centro. Monitora in tempo reale la produzione solare, il carico dell'edificio, lo stato di carica della batteria e le richieste di sessioni di ricarica. Un buon controllore assegna automaticamente la priorità ai carichi. Durante un pomeriggio soleggiato, indirizza l'eccesso di energia solare verso le batterie. Durante un'affollata mattinata nuvolosa, combina l'energia proveniente dalla rete con quella immagazzinata per evitare un picco di domanda. La tabella seguente confronta tipiche configurazioni di sistema.

Cosa accade effettivamente in un sito commerciale

Un magazzino di distribuzione nella California centrale ha installato un impianto solare da 200 kW con un sistema di accumulo da 400 kWh e sei stazioni di ricarica EV di livello 2. Prima dell’aggiornamento, il sito pagava ogni mese una tariffa di richiesta che aumentava bruscamente ogni volta che tre o più dipendenti collegavano i veicoli nel pomeriggio. La batteria è stata programmata per scaricarsi durante quelle finestre di ricarica.

Dopo dodici mesi, l’impianto ha registrato una richiesta massima inferiore in ogni ciclo di fatturazione. Inoltre, le batterie hanno mantenuto attive le stazioni di ricarica durante due interruzioni della rete elettrica: un vantaggio non previsto originariamente nel business case, ma rapidamente diventato il beneficio più discusso. L’esperienza ha dimostrato che resilienza e risparmi in bolletta non sono obiettivi in conflitto: entrambi derivano dalla stessa scelta progettuale.

La lezione fondamentale non riguardava l'hardware. Riguardava la strategia di controllo. Il proprietario dell'impianto ha dedicato più tempo alla regolazione del programma di carica e scarica che alla scelta dei pannelli o delle batterie. Le impostazioni software determinavano se il sistema consentisse un risparmio economico oppure semplicemente spostasse il momento in cui si verificava la spesa.

Fattori normativi e incentivanti che definiscono la sostenibilità economica del progetto

Le regole locali dell'azienda elettrica spesso decidono se un progetto abbia senso dal punto di vista finanziario. In alcune regioni è disponibile il net metering, che accredita le esportazioni solari al prezzo al dettaglio. Altre regioni applicano tariffe basate sull'orario di utilizzo, rendendo l'energia serale particolarmente costosa. Il valore dello storage con batterie dipende fortemente da tali strutture tariffarie.

Anche gli incentivi federali e statali influenzano i calcoli economici. I crediti d'imposta sugli investimenti possono ridurre i costi iniziali per impianti fotovoltaici e sistemi di accumulo, purché questi ultimi siano caricati prevalentemente da fonte solare. Programmi delle aziende elettriche in diversi stati offrono ulteriori rimborsi per le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici (EV). Tali programmi cambiano frequentemente, quindi la pianificazione del progetto deve includere una verifica aggiornata della normativa vigente.

Il mercato nordamericano della ricarica per veicoli elettrici continua a espandersi. Secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia, le installazioni pubbliche di ricarica sono cresciute in modo significativo negli ultimi anni, spinte dall’elettrificazione delle flotte e dalla domanda di ricarica nei luoghi di lavoro. Le proprietà commerciali che oggi installano sistemi integrati si stanno posizionando per un profilo di carico destinato esclusivamente a crescere.

Limitazioni sincere che non devono essere ignorate

Un sistema solare più accumulo più ricarica per veicoli elettrici non è adatto a ogni sito. Tetti ombreggiati, punti di interconnessione alla rete deboli o un numero ridotto di veicoli possono compromettere completamente la redditività economica dell’investimento. Inoltre, la durata del ciclo della batteria dipende da quanto intensamente il sistema sottopone le celle a cicli di carica e scarica. Un controller che risponde a ogni piccolo picco di domanda consumerà la batteria più rapidamente rispetto a uno che la scarica soltanto durante i picchi significativi.

Le dimensioni contano più della scelta dei componenti. Un sistema di accumulo sovradimensionato aumenta i costi senza generare risparmi aggiuntivi. Un sistema sottodimensionato non riesce a controllare la componente di potenza della bolletta. La progettazione deve partire dai dati intervallari provenienti dal contatore dell’operatore, non da un catalogo di hardware.

Anche la manutenzione va pianificata fin dalle prime fasi. Le batterie richiedono gestione termica, aggiornamenti del firmware e, occasionalmente, bilanciamento delle celle. I caricabatterie per veicoli elettrici necessitano di ispezioni dei cavi e dei connettori. I pannelli solari richiedono pulizia e verifiche degli inverter. Un sistema privo di un piano di assistenza tecnica perderà progressivamente le prestazioni originali entro pochi anni.

Perché il supporto strutturale e le infrastrutture del sito restano fondamentali

L’infrastruttura energetica integrata funziona correttamente solo se i sistemi di fissaggio fisico, i supporti strutturali e gli involucri sono progettati per durare. Gli impianti fotovoltaici poggiano su strutture in acciaio esposte a vento, neve e cicli termici. Gli involucri delle batterie richiedono fondazioni stabili e barriere protettive. Le stazioni di ricarica per veicoli elettrici necessitano di basi di fissaggio robuste e di sistemi di gestione dei cavi in grado di resistere all’uso quotidiano.

Molti ritardi nei progetti risalgono a componenti strutturali specificati troppo tardi. Il layout di un caricabatterie cambia e, all'improvviso, il percorso dei tubi protettivi non corrisponde più al piano di fissaggio. Dopo i test del terreno, che rivelano una scarsa capacità portante, è necessario rinforzare la base della batteria. Questi problemi non sono affascinanti, ma determinano se un progetto rimane in linea con il cronoprogramma.

Kinpower fornisce strutture in acciaio e sistemi di supporto impiegati nel fissaggio di impianti solari, nella protezione perimetrale e in progetti correlati di infrastrutture. L'operazione produttiva, situata nella provincia di Hebei, serve clienti del settore energetico e delle costruzioni, con una solida comprensione dei requisiti di installazione sul campo. Per gli sviluppatori che realizzano soluzioni integrate di energia solare, accumulo e ricarica per veicoli elettrici (EV), disporre di un fornitore di componenti strutturali che conosca come gli elementi si assemblano effettivamente in cantiere riduce il rischio di disallineamenti e mantiene i tempi di progetto realistici.