Impianto fotovoltaico con sistema di accumulo: come calcolare il risparmio in bolletta

I prezzi dell’energia, negli ultimi periodi, per varie motivazioni, hanno subito forti variazioni; l’energia è un bene indispensabile e, quando scarseggia, i primi a pagarne le conseguenze siamo noi consumatori.
Uno dei modi che abbiamo per renderci un po’ indipendenti da questo mercato è installare un impianto fotovoltaico e di un accumulo. L’energia che autoconsumi, sia in differita (tramite stoccaggio nell’accumulo), che in istantaneo (direttamente da impianto fotovoltaico), non viene vista dal contatore, per cui non viene conteggiata e, di conseguenza, non viene pagata al fornitore.

Posto di sapere già che impianto fotovoltaico installare ed anche la capacità di accumulo, oppure che un nostro cliente già li abbia e fosse necessario quantificare il risparmio statistico dovuto al sistema fotovoltaico, vedremo un esempio, senza l’uso di un software, che incroci produttività e consumi (non perché non siano utili, anzi, sono caldamente consigliati, ma per avere un calcolo veloce e preliminare con poche formule ed implementabile da chiunque), che possa portare a conoscere tale risparmio, sebbene a livello statistico.

Cambiando il punto di vista appena esposto, e ragionando al contrario, come una sorta di reverse engineering, ci accorgiamo che modificando il valore delle ipotesi iniziali, ossia di potenza dell’impianto fotovoltaico e capacità dell’accumulo elettrico, si potrà anche verificare l’impatto che, ad esempio, una maggiore potenza o capacità potrebbe avere sull’intero sistema della nostra casa. Potremmo verificare che aumentare di una certa potenza il fotovoltaico, potrebbe essere utile ed aumentare il risparmio, oppure vedere che risulterebbe ininfluente e magari potrebbe darci un vantaggio aumentare solo la capacità di accumulo, oppure ancora nessuna delle due.

Specifico che ci sono altri metodi e che , questa è solo una delle possibilità di calcolo;, altri tecnici potranno privilegiare altre metodologie, anche più precise o addirittura direttamente fornite da software dedicato. 

I dati iniziali del sistema

Supponiamo di avere intenzione di installare, o aver già installato, un impianto fotovoltaico da 4,5 kWp con accumulo da 5 kWh e di usufruire ancora dello scambio sul posto (SSP) da parte del GSE (se cambia il regime è sufficiente modificare la rispettiva tariffa rispettiva, secondo le regole del GSE).

Come primo step, dovremo conoscere la produttività dell’impianto nella nostra zona, con l’orientamento della possibile installazione: ad esempio, Sud su un tetto a falda, inclinato di 15° ed in zona Milano.

Definiamo:

• azimut la distanza angolare tra il SUD e la perpendicolare al piano del modulo fotovoltaico;
• il tilt come l’inclinazione, in gradi, del piano dei moduli rispetto al piano orizzontale.

Nel caso d’esempio: l’azimut è 0°, mentre il tilt è di 15°, Se l’impianto è già stato progettato, il valore della produttività dovrebbe essere noto. Comunque, in generale, diamo dei concetti a riguardo.

Quando si calcola la produttività dell’impianto, (lo si può fare usando vari strumenti, anche gratuiti e reperibili online), si devono necessariamente considerare delle perdite, altrimenti il valore finale potrebbe essere sovrastimato, ed anche di molto.

Gli strumenti che useremo danno un valore di default o permettono di definire un valore per le perdite che si possono calcolare o ipotizzare.

Tra le perdite più conosciute, ci sono:

• ombreggiamenti: non credo di dover spiegare molto su questo parametro. È chiaro che qualsiasi tipo di ombreggiamento avrà un impatto notevole sull’impianto e la sua produttività. Pertanto, vanno valutati attentamente: essi sono dovuti, ad esempio, a camini, sfiati, parapetti o possono addirittura, come già detto, essere esterni al nostro tetto, come ad esempio, palazzi limitrofi che proiettano l’ombra sul tetto oggetto dello studio, oppure alberi in grado di ombreggiare;
  
• temperatura dei moduli fotovoltaici: sappiamo che all’aumentare della temperatura ci sono delle perdite che vanno considerate; normalmente i software per il calcolo della produttività lo fanno automaticamente in base ai dati climatici;
  
• mismatching: sono perdite dovute all’accoppiamento elettrico tra i moduli; questi, infatti, non sono tutti identici, hanno delle differenze elettriche tra loro che possono anche derivare da diverse condizioni di esposizione o invecchiamento differenziato, ecc… In genere, la configurazione delle stringhe ha importanza in questo tipo di perdita;
  
• basso irraggiamento: anche questo costituisce una perdita;
  
• perdite per riflessione della luce.

Normalmente, la produttività è suddivisa fra i mesi dell’anno. Da ciò possiamo ricavare la produttività stimata giornaliera.

Possiamo anche stimare quanto l’accumulo sarà in grado di immagazzinare ogni giorno. Spesso l’accumulo viene caricato e scaricato una volta al giorno, prendiamo quest’ipotesi semplificativa e consideriamo un solo ciclo di carica al giorno.

L’esempio che abbiamo fatto prevedeva un accumulo da 5 kWh nominali. Normalmente, questa è la taglia commerciale, in realtà può essere un arrotondamento di quella che è la capacità nominale sulla targhetta. Partendo da tale capacità nominale, dobbiamo considerare la DOD, ossia la profondità di scarica che il produttore consiglia: spesso, per batterie al litio ferro fosfato, tra le più comuni, è dell’80%.

Quindi, supponendo la capacità nominale di 4,9 kWh, con una DOD dell’80%, avremo 3,92 kWh disponibili ogni giorno. Ma non sempre il ciclo di carica viene portato a termine, pensiamo alle giornate invernali, o a giornate di pioggia, in quel caso sicuramente sfrutteremo meno energia dall’accumulo.

Quindi è necessario ipotizzare un coefficiente di utilizzo per queste casistiche.

Inoltre, ogni giorno, abbiamo un fabbisogno di energia, che, solitamente, è diviso tra la fascia F1, la F2 e la F3. Per semplicità, accorpiamo la F2 con la F3, chiamandole F23, come in diverse bollette avviene. Quindi, quotidianamente, il consumo sarà diviso in percentuale tra la F1 e la F23.

A parte i profili di consumo reperibili (ed inclusi in alcuni software) per le varie categorie di utenza, avendo le bollette, i valori che da esse scaturiscono sono già una buona base per il nostro profilo di consumo e ci permettono di fare una stima di come e quanta energia sarà usata dal fotovoltaico.

Calcolo del risparmio.

Intanto, possiamo dire che la produttività giornaliera dell’impianto deve servire sia per l’autoconsumo istantaneo, che per riempire la batteria.

Possiamo definire una serie di casistiche che, in realtà, possono diventare formule in un semplice foglio di calcolo, sfruttando le funzioni di minimo valore.
E’ ovvio, che per una quantità di energia prodotta minore della capacità dell’accumulo, in presenza di prelievi superiori alla produzione, avremo che: o l’energia verrà usata per riempire l’accumulo e successivamente per soddisfare parte dei consumi (se ad esempio, l’energia viene richiesta dalla casa in ore notturne), oppure direttamente per l’autoconsumo istantaneo, riempiendo parzialmente o per nulla l’accumulo (o, ancora, una combinazione lineare dei due casi).

Nel caso in cui la produzione risulti superiore alla richiesta di energia e quest’ultima risulti inferiore alla capacità di accumulo, la richiesta di energia verrà totalmente soddisfatta. Perché, in questo caso, ciò che non si riesce a prendere dal fotovoltaico, ad esempio per non contemporaneità, sarà dato dall’accumulo (salvo il caso di potenza consumata talmente alta da non permettere al sistema rinnovabile di soddisfarla).
Un ulteriore caso è quello in cui la produzione risulti superiore al consumo, ossia alla richiesta di energia, ed il consumo sia a sua volta superiore alla capacità di accumulo, allora avremo che la produzione soddisferà parte del consumo istantaneamente, secondo un coefficiente di contemporaneità, invece, la parte rimanente riempirà l’accumulo, il quale interverrà quando opportuno.
La quota parte di autoconsumo risulterà essere la somma del valore di autoconsumo istantaneo, coincidente con il minimo tra la produzione e la quota F1 del consumo moltiplicata per il coefficiente di contemporaneità (questo dipende dalle caratteristiche della bolletta presa in considerazione, dipendendo dall’impegnativa al contatore e da cosa si ha in casa, dalle potenze di picco raggiunte, per esempio, se si accendono vari elettrodomestici tutti insieme o meno, giornata nuvolosa o piovosa, ecc…) e dell’autoconsumo differito fornito dalla batteria che, a sua volta sarà il valore minimo tra i tre termini seguenti:

1) l’energia prodotta restante dopo l’autoconsumo istantaneo,

2) la capacità dell’accumulo (parliamo sempre, tramite la DOD, della capacità reale)

3) e la quantità che si trova in F23, che in un giorno feriale, corrisponde all’incirca1 a quella richiesta dall’utenza nelle ore non produttive da parte del fotovoltaico.

In formule, indichiamo con A l’autoconsumo totale giornaliero, con P la produzione giornaliera, con Acc la capacità reale dell’accumulo, con I l’immissione in rete, se, inoltre, chiamiamo C il coefficiente di contemporaneità per la F1 e B quello per la F23 (anche l’accumulo può soddisfare le richieste entro certi limiti, come quelli di potenza, ad esempio), aiutandoci con i colori che distinguono visivamente i vari termini che si confrontano nelle funzioni di minimo:

A = MINIMO tra (P ed F1* C) + MINIMO tra i seguenti tre termini (se (P - F1 * C) risulta > 0 scrivo (P – F1 * C), altrimenti 0), Acc e, da ultimo, F23 *B

Al limite, i coefficienti B e C, incerti e difficili da ricavare, possiamo considerarli uguali ad 1, sbaglieremmo in sovrastima, ma non di molto. In generale, ponendoli vicini a 0.8 rimaniamo un po’ a favore di sicurezza2 . Una volta stimato l’autoconsumo totale giornaliero, potremo sottrarlo alla produzione, ottenendo l’immissione in rete, ossia:

I = P - A

Conosciamo la parte, dei nostri consumi, prelevata, ossia quella che non siamo riusciti a soddisfare, e, ponendola a confronto con l’immissione, potremo affermare quanto segue (riferito al caso di scambio sul posto): se l’immissione è maggiore del prelievo, la parte di immissione pari al prelievo sarà considerata remunerabile con la tariffa in conto scambio4 , la parte eccedente, sarà, appunto chiamata eccedenza e remunerata secondo la tariffa relativa all’eccedenza.

Normalmente minore. Chiaramente, se l’immissione sarà minore del prelievo, sarà tutto conto scambio e zero eccedenza. Non è l’unico metodo, né il più preciso, ma sicuramente da un’idea del vantaggio che può dare un impianto fotovoltaico con un accumulo, mantenendo la complessità a bassi livelli. Esistono vari software che effettuano calcoli di questo genere, simulando momento per momento produttività, ombreggiamenti, perdite e consumi profilati delle utenze, dando valori, non ottenuti manualmente, sicuramente più attendibili per ogni uso e necessità. Quindi, in caso di richiesta di maggiore precisione, rivolgersi ai software dedicati.

Fonte INGENIO Newsletter