Efficienza dei Sistemi di Accumulo - CalBatt high efficiency energy

Transcript

Efficienza dei Sistemi di
Accumulo: la Frontiera tra
Consumo e Autoconsumo
Come massimizzare l’efficienza e la redditività del tuo sistema di accumulo
CalBatt S.r.l.
Technest, P.zza
Vermicelli, 87036 Rende, CS
Tel. +39 0984 494273
Efficienza dei Sistemi di Accumulo: la Frontiera tra Consumo e Autoconsumo
Copyright © CalBatt S.r.l. All rights reserved
www.calbatt.com
[email protected]
Indice
Introduzione ......................................................................................................................................... 1
Accumulo ed autoconsumo: il punto di vista dell’utente finale .......................................................... 1
L’efficienza di picco conta, ma non è tutto .......................................................................................... 2
L’obiettivo di CalBatt: il Maximum Efficiency Point Tracking .............................................................. 5
Conclusioni ........................................................................................................................................... 9
Chi è CalBatt ....................................................................................................................................... 10
Il white paper discute la dipendenza della redditività di un sistema di accumulo dalla sua
efficienza.
Come esempio, è riportata un’analisi quantitativa che mostra il forte impatto
dell’efficienza sul ROI di un impianto solare dotato di accumulo.
E’ anche illustrato come, in tipiche condizioni pratiche di carica/scarica, l’efficienza reale
dell’accumulo possa essere significativamente più bassa dell’efficienza di picco
raggiungibile dal sistema, vanificando in parte gli sforzi dei produttori nella
progettazione di inverter e batterie ad alte prestazioni.
Questo problema può essere risolto equipaggiando il sistema di accumulo con sistemi di
energy management (EMS) intelligenti, capaci di implementare strategie di Maximum
Efficiency Point Tracking (MEPT) per portare l’efficienza reale dell’accumulo sempre ai
massimi livelli.
Come mostrato da test sperimentali, effettuati da CalBatt con la collaborazione della
Divisione Ingegneria e Ricerca di Enel S.p.a su diversi sistemi di accumulo commerciali al
Piombo ed agli Ioni di Litio, l’uso di EMS intelligenti può consentire un incremento fino al
15% dell’efficienza reale dell’accumulo, con un aumento significativo della redditività del
sistema per gli utenti finali.
1
Introduzione
Autoconsumo è la parola d’ordine per il mercato delle rinnovabili al giorno d’oggi.
Infatti, a causa della continua riduzione delle tariffe per l’energia immessa in rete
(tariffe feed-in) e dell’aumento del costo dell’elettricità, sta diventando sempre più
conveniente autoconsumare l’energia prodotta dagli impianti per alimentare i carichi
“Spendere 1 kWh
dell’utenza.
per caricare il
In questo nuovo scenario, i sistemi di accumulo sono diventati un fattore cruciale per
sistema di
favorire una nuova esplosione del mercato delle rinnovabili. Tuttavia, spendere 1 kWh
accumulo durante per caricare il sistema di accumulo durante le ore di produzione da fonti rinnovabili
le ore di produzione
non significa aumentare realmente l'autoconsumo di 1 kWh, in quanto una frazione
da fonti rinnovabili
dell'energia utilizzata è sprecata nel corso di un ciclo di carica/scarica della batteria a
non significa
causa di inefficienze del sistema di accumulo.
aumentare
Ciò può comportare una duplice perdita economica per l’utente, in quanto l’energia
realmente
l'autoconsumo di 1 sprecata:
 potrebbe essere immessa in rete e remunerata;
kWh”
 è ovviamente inutilizzabile per alimentare i carichi in assenza della sorgente
rinnovabile, e quindi deve essere rimpiazzata da un medesimo ulteriore
quantitativo di energia comprata dalla rete.
Pertanto, oltre alla riduzione del costo delle batterie ed a possibili schemi incentivanti
per l’acquisto di sistemi di accumulo, l’ottimizzazione dell’efficienza dell’accumulo è
uno dei fattori cruciali per massimizzare la redditività dell’investimento in sistemi
dotati di accumulo. Questo aspetto fondamentale sarà discusso in dettaglio nella
prossima sezione mediante un esempio pratico.
Accumulo ed autoconsumo: il punto di vista dell’utente finale
Come esempio, di seguito si analizzerà la redditività di un impianto FV di 6 kWp dotato
di accumulo.
In Fig. 1 sono riassunte le assunzioni alla base dell’analisi relative al costo
dell’impianto, alle tariffe, agli incentivi, al consumo di energia dell’utenza ed alla
produzione di energia FV, essendo specificata per quest’ultima la quota di
autoconsumo naturale (cioè la percentuale di energia FV consumata dall’utenza senza
accumulo).
Gli esempi discussi di seguito si riferiscono alla comparazione, in termini di redditività,
tra due casi differenti in termini di efficienza roundtrip (andata e ritorno) del sistema di
accumulo installato:
 caso 1: efficienza roundtrip dell’accumulo=70%;
 caso 2: efficienza roundtrip dell’accumulo=85%.
1
UTENZA
IMPIANTO FV
ACCUMULO
Consumo annuale di energia: 6800 kWh
Potenza installata: 6 kWp
Capacità: 22 kWh
Tariffa per l’acquisto di energia: 0,20 €/kWh
Produzione annuale: 7800 kWh
DOD: 50%
Autoconsumo naturale: 40%
Efficienza roundtrip
Caso 1: 70%
Caso 2: 85%
 Costo totale impianto: 25.000 €
 Scambio sul posto
 Detrazione IRPEF 50%
Analisi della redditività
Guadagno netto in 20 anni
ROI annuale
Caso 1
Efficienza 70 %
Caso 2
Efficienza 85 %
27.300 €
31.000 €
5,5%
6,2%
Fig. 1. Analisi della redditività dell’impianto in funzione dell’efficienza dell’accumulo
“Oltre alla riduzione
del costo delle
batterie, i produttori
di sistemi di
accumulo ed i system
integrators devono
lavorare alla
massimizzazione
dell’efficienza del
sistema allo scopo di
aumentare la
redditività dei
sistemi di accumulo”
Come appare dai dati della Fig. 1, i risultati dell’analisi mostrano che la maggiore
efficienza del caso 2 consente un aumento del guadagno netto in 20 anni di circa 3700
€ (pari ad un aumento del 13,6% del guadagno netto), con un incremento del ROI
annuo di circa lo 0,7%.
In definitiva, l’analisi presentata evidenzia chiaramente che, oltre che alla riduzione del
costo delle batterie, i produttori di sistemi di accumulo ed i system integrators devono
lavorare alla massimizzazione dell’efficienza del sistema allo scopo di aumentare la
redditività dei sistemi di accumulo.
Per questo motivo, la prossima sezione sarà dedicata all’analisi di strategie per
massimizzare l’efficienza dell’accumulo.
L’efficienza di picco conta, ma non è tutto
Indubbiamente, il primo passo verso l’ottimizzazione dell’efficienza dei sistemi di
accumulo è massimizzarne l’efficienza di picco, massimizzando l’efficienza dei due
blocchi principali della catena di accumulo: la batteria e l’inverter. Tuttavia,
l’efficienza di picco è soltanto una misura delle massime prestazioni ottenibili dal
sistema quando la batteria e l’inverter lavorano nelle loro condizioni operative
ottimali.
Nelle situazioni reali, i componenti del sistema possono lavorare invece lontano dalle
loro regioni operative ottimali durante i normali processi di carica/scarica, portando ad
2
un’efficienza reale dell’accumulo significativamente inferiore rispetto alla sua
efficienza di picco.
Questo è ciò che accade nelle tipiche situazioni pratiche in cui il sistema di accumulo è
gestito semplicemente come un “serbatoio” per la potenza FV in eccesso dal sistema di
Energy Management (EMS), che decide istante per istante i flussi di potenza tra
sorgenti, carichi ed accumulo. In questi casi, infatti, i profili della potenza di
carica/scarica sono adattati normalmente “alla cieca” alla potenza istantanea generata
dall’impianto FV ed alla richiesta dei carichi domestici, senza porre particolare
attenzione al fatto che il sistema di accumulo lavori o meno nelle sue condizioni
operative ottimali.
Per evidenziare il problema, la Fig. 2 mostra un esempio concettuale di cosa può
accadere con un EMS convenzionale, durante un intero processo di carica/scarica,
all’efficienza operativa reale di un sistema di accumulo.
Fig. 2. Esempio di andamento dell’efficienza reale dell’accumulo durante un processo di carica/scarica
gestito da un EMS tradizionale
Durante l’evoluzione del processo di carica/scarica, la continua variazione delle
condizioni operative (soprattutto dello stato di carica della batteria) comporta un
cambiamento continuo delle caratteristiche del sistema di accumulo. Se il sistema di
accumulo non è gestito con cura, l’efficienza operativa reale sarà normalmente più
bassa dell’efficienza di picco, eccetto nel caso di condizioni fortuite in cui la potenza di
carica/scarica scelta è casualmente proprio quella che fa in modo che l’inverter e la
batteria lavorino nelle loro regioni di funzionamento ottimali in quello specifico
momento.
3
Come dimostrato da test sperimentali, il fenomeno discusso può portare un sistema di
accumulo dotato di batterie di alta qualità e di un inverter con un’efficienza di picco
pari al 95%, potenzialmente capace di raggiungere un’efficienza massima roundtrip
dell’85%, ad avere un’efficienza roundtrip reale di circa il 70% (0,70 kWh realmente
disponibili dalla batteria, e quindi realmente autoconsumati, per 1 kWh speso per la
ricarica della batteria).
Ovviamente, questo problema può rendere gli sforzi dei costruttori dei sistemi di
accumulo e dei system integrators meno fruttuosi di quanto ci si aspetti in termini di
denaro nelle tasche dell’utente finale.
Pertanto, dopo avere costruito dispositivi capaci di elevate prestazioni, è cruciale avere
un EMS intelligente in grado di ottimizzare realmente le prestazioni del sistema di
accumulo sul campo. Ciò può essere ottenuto soltanto fissando profili di carica/scarica
ottimali che consentono di spingere l’efficienza reale ai livelli dell’efficienza di picco
raggiungibile dal sistema di accumulo (Fig. 3).
“Dopo avere
costruito dispositivi
capaci di elevate
prestazioni, è
cruciale avere un
EMS in grado di
ottimizzare
realmente le
prestazioni del
sistema di
accumulo sul
campo”
Fig. 3. Esempio dell’effetto di strategie MEPT sull’efficienza reale dell’accumulo
Sfortunatamente, non esiste una sorta di “regola aurea” per selezionare a priori un
profilo di carica/scarica che sia buono ogni giorno per qualunque sistema di accumulo,
in quanto il profilo ottimale dipende in maniera complessa da:


le caratteristiche della particolare accoppiata inverter/batteria, che in generale
sono anche affette dall’invecchiamento e dalla storia precedente dei dispositivi;
parametri che cambiano continuamente, quali lo stato di carica della batteria,
condizioni ambientali, la potenza disponibile dall’impianto e quella richiesta dai
carichi.
4
Similmente a quanto accade con i pannelli FV, la massimizzazione dell’efficienza
dell’accumulo può essere ottenuta quindi soltanto implementando strategie di
Inseguimento del Punto di Massima Efficienza (Maximum Efficiency Point Tracking,
MEPT) capaci di:


monitorare sul campo le caratteristiche reali degli specifici inverter e batteria
utilizzati;
effettuare profili di carica/scarica ottimali “su misura” per lo specifico sistema
di accumulo nelle particolari condizioni in cui sta operando.
Pertanto, la realizzazione di un sistema di accumulo che mira ad essere realmente
appetibile per l’utente finale, richiede ulteriormente la presenza essenziale di un EMS
intelligente capace di realizzare opportune strategie MEPT.
L’obiettivo di CalBatt: il Maximum Efficiency Point Tracking
CalBatt ha risposto all’urgente bisogno di EMS intelligenti, sviluppando una tecnologia
proprietaria, brevettata e premiata a livello internazionale, che consente, per ogni
specifico sistema di accumulo, di:



analizzare dinamicamente le prestazioni della particolare accoppiata
inverter/batteria in tempo reale, ogni qualvolta sia richiesto e durante l’intera
vita del sistema;
predire come l’accumulo si comporterebbe durante ogni processo di carica
(scarica) in ogni possibile condizione operativa;
effettuare una strategia MEPT, fissando automaticamente in tempo reale i
settaggi dell’inverter per massimizzare l’efficienza reale dell’accumulo, tenendo
conto della disponibilità di potenza dalla sorgente e della richiesta di potenza
dei carichi.
La tecnologia CalBatt è implementata dallo storage controller NomoStor (Fig. 4), il
controller ideato per essere integrato nei sistemi già dotati di un EMS, dettando le
regole per effettuare una gestione ottimale dei flussi energetici, così come della
tensione e della corrente sulla batteria durante i cicli di carica/scarica.
NomoStor è fornito in due differenti versioni:
 NomoStor Card: è la soluzione per i costruttori di inverter. Si tratta di una scheda
elettronica di espansione realizzata per essere integrata direttamente all’interno della
logica di controllo del convertitore di potenza;
 NomoStor Box: è un dispositivo stand-alone dotato di capacità di comunicazione con
l’EMS. E’ la soluzione ideale per i system integrators, flessibile e facilmente integrabile
con tutti gli altri dispositivi del sistema.
5
Per i sistemi di accumulo non dotati di un EMS avanzato, CalBatt ha infine realizzato
MaeStor (Fig. 4), un EMS completo intelligente da abbinare al sistema di accumulo, in
grado di dialogare con NomoStor e con gli altri dispositivi del sistema per
il monitoraggio e la gestione perfettamente coordinata, efficiente e redditizia di tutti
i flussi energetici tra sorgenti di energia, carichi e sistema di accumulo.
Fig. 4. Utilizzo delle soluzioni CalBatt: NomoStor card integrato all’interno della logica di controllo
dell’inverter; NomoStor Box utilizzato come dispositivo stand-alone posto in comunicazione con
l’EMS; MaeStor utilizzato come EMS.
Grazie all’utilizzo delle soluzioni CalBatt, è possibile pianificare ogni giorno il migliore
profilo di carica/scarica sulla base delle specifiche necessità dell’utente, di previsioni
meteo e dei carichi, ecc., allo scopo di ottenere sempre il bilancio più conveniente tra
l’energia immessa in rete, l’energia autoconsumata e quella acquistata dalla rete di
notte.
In altre parole, così come gli odierni sistemi FV più avanzati offrono la possibilità di
traslare nel tempo i carichi per aumentare l’autoconsumo, i sistemi di accumulo che
incorporano le soluzioni CalBatt possono offrire la possibilità unica di usare l’accumulo
non più come un semplice “serbatoio” per l’energia in eccesso prodotta dall’impianto,
ma come un ulteriore dispositivo intelligente che offre un grado di libertà nella
gestione dell’energia, “modulando dinamicamente” in maniera ottimale la potenza
assorbita ed erogata durante la carica e la scarica del sistema d’accumulo per
massimizzare l’autoconsumo reale e la redditività per l’utente finale (Fig. 5).
6
“Le soluzioni
CalBatt possono
offrire la possibilità
unica di usare
l’accumulo non più
come un semplice
“serbatoio” per
l’energia in eccesso
prodotta
dall’impianto FV,
ma come un
ulteriore
dispositivo
intelligente la cui
potenza può essere
“modulata” in
maniera ottimale”
Fig. 5. Esempio di ottimizzazione della gestione del sistema di accumulo effettuata da un EMS che
integra CalBatt NomoStor rispetto ad un EMS tradizionale
Per dimostrare l’efficacia della tecnologia sviluppata, CalBatt ha effettuato test
sperimentali con la collaborazione della Divisione Ingegneria e Ricerca di Enel S.p.a.
In questi test, le soluzioni CalBatt sono state utilizzate per massimizzare l’efficienza di
quattro sistemi di accumulo commerciali, implementati usando lo stesso inverter con
quattro pacchi batterie differenti:
 Sistema 1: pacco batterie 48V-41Ah al Piombo composto da 4 batterie
Sonneschein SB12/41 (12V 41Ah);
 Sistema 2: pacco batterie 48V-42Ah al Piombo composto da 4 batterie FIAMM
FGC24207 (12V 42Ah);
 Sistema 3: pacco batterie 38.4V-40Ah agli Ioni di Litio (LIFeYPO4) composto da
12 batterie Winston WB-LFP040AH (3.2V 40Ah);
 Sistema 4: pacco batterie 38.4V-40Ah agli Ioni di Litio (LIFePO4) composto da
12 batterie Calb-SE40AHA (3.2V 40Ah).
Come evidenziato dai dati in tabella 1, la strategia di gestione ottimale garantita dagli
EMS che inglobano la tecnologia CalBatt può comportare un incremento
dell’efficienza reale dell’accumulo fino al 15%.
7
Ciò consente di risparmiare un notevole quantitativo di energia, che può essere
venduta alla rete o realmente autoconsumata per alimentare i carichi, e che si può
tradurre direttamente in un aumento significativo del profitto per l’utente finale.
Tabella 1: Risultati dei test sperimentali effettuati su quattro diversi sistemi di accumulo
Batteria
EMS
Piombo Sonneschein
SB12/41 (48V-41Ah )
CalBatt
Piombo FIAMM
FGC24207(48V–42Ah)
LiFeYPO4 Winston
WB- LiFeYPO4 (38.4V40Ah)
LiFePO4 Calb
SE40AHA (38.4V-40Ah)
Aumento dell’efficienza reale
dell’accumulo garantito da CalBatt
Tradizionale
CalBatt
Tradizionale
13.0%
15.1%
CalBatt
Tradizionale
CalBatt
Tradizionale
13.6%
12.2%
Sulla base dell’analisi mostrata in precedenza, l’aumento del 15% dell’efficienza
ottenuto attraverso l’utilizzo delle soluzioni CalBatt, può infatti garantire:


un aumento della redditività fino al 13,6%;
un aumento del ROI annuo fino allo 0,7%,
compiendo quindi un notevole passo in avanti nel rendere l’investimento in impianti di
produzione da rinnovabili dotati di accumulo realmente interessante per gli utenti
finali.
8
Conclusioni
La redditività dell’investimento in sistemi di accumulo è affetta in maniera significativa
dall’efficienza dell’accumulo. Per questa ragione, insieme alla riduzione del costo delle
batterie, i produttori di sistemi di accumulo ed i system integrators devono lavorare
molto attentamente alla massimizzazione dell’efficienza energetica, al fine di rendere
“I sistemi di
l’investimento in sistemi di accumulo realmente redditizio per i loro clienti.
accumulo che
A questo scopo, oltre che ottimizzare la progettazione degli inverter e delle batterie, è
incorporano le
fondamentale dotare il sistema di accumulo di EMS
intelligenti, capaci di
soluzioni CalBatt
possono garantire implementare sul campo strategie di Inseguimento del Punto di Massima Efficienza
(Maximum Efficiency Point Tracking (MEPT)), per garantire sempre profili di carica e
la possibilità di
raggiungere ogni
scarica ottimizzati “su misura” per lo specifico sistema, nelle particolari condizioni
giorno il bilancio
operative in cui sta lavorando. Le soluzioni CalBatt rispondono a questa necessità
più conveniente tra mediante una tecnologia proprietaria che consente di analizzare le caratteristiche reali
energia venduta
di ogni elemento della catena di accumulo, e di pianificare quotidianamente la
alla rete, energia
strategia di gestione ottimale del sistema sulla base delle particolari condizioni
autoconsumata ed
operative giornaliere.
energia comprata
Sulla base di test sperimentali effettuati da CalBatt con la collaborazione della
dalla rete di notte”
Divisione Ingegneria e Ricerca di Enel S.p.a, le soluzioni CalBatt possono garantire un
incremento dell’efficienza reale dell’accumulo fino al 15%.
Grazie a queste caratteristiche uniche, i sistemi di accumulo che incorporano le
soluzioni CalBatt possono garantire la possibilità di raggiungere ogni giorno il bilancio
più conveniente tra energia venduta alla rete, energia autoconsumata ed energia
comprata dalla rete di notte, consentendo un incremento significativo della redditività
dell’impianto per gli utenti finali.
9
Chi è CalBatt
CalBatt è una società spin-off dell'Università della Calabria-Italia.
La Società è stata fondata nel 2011 per valorizzare il know-how e la proprietà
intellettuale nel campo dei sistemi elettronici, sviluppati dai fondatori durante la loro
continua attività di ricerca accademica riconosciuta a livello internazionale.
Nel 2011, CalBatt è stata selezionata come miglior idea imprenditoriale al concorso
Techgarage, ed è stata finalista Premio Innovazione italiana.
Nel 2013, CalBatt ha vinto il concorso Enel Lab.
Nel 2014, CalBatt si è classificata nella top 10 delle aziende innovative Europee più
interessanti al Munich Cleantech Innovation Award ed ha vinto il "Best Presentation
Award" al Cleantech Summit di Rotterdam.
Nel 2015, CalBatt è stata inserita tra le 100 eccellenze Italiane nel campo delle energie
rinnovabili nel report “100 Italian Energy Stories”, presentato da Enel e Symbola alla
Conferenza COP21 sul cambiamento climatico di Parigi. E’ stata inoltre premiata come
migliore startup Italiana nel settore Cleantech all’Open Summit di StartupItalia.
Grazie al suo metodo pionieristico brevettato per l'analisi e l'ottimizzazione delle
prestazioni dinamiche dei sistemi di accumulo, CalBatt offre ai propri partner uno
strumento complementare innovativo per aumentare l'efficienza dei sistemi di
accumulo e di ricarica per veicoli elettrici.
Per scoprire come il tuo business può beneficiare dell’utilizzo delle soluzioni
CalBatt,
contattaci al +39 0984 494273
o visita: www.calbatt.com
CalBatt è un marchio registrato di CalBatt Srl. Gli altri marchi sono di proprietà dei rispettivi proprietari.
10

Efficienza dei Sistemi di Accumulo - CalBatt high efficiency energy

Transcript

Documenti analoghi

Piano di Accumulo - BCC Risparmio e Previdenza

A cura di BNP Paribas Asset Management membro di

Brochure tecnologia CalBatt

Il progetto NETfficent Obiettivi e impatto previsto

Specifiche tecniche TESLA Powerwall

Scheda tecnica ASD Guerilla 052014