Come funziona un sistema fotovoltaico ibrido?

È stato dimostrato che i sistemi energetici ibridi possono ridurre in modo significativo il costo totale del ciclo di vita degli alimentatori autonomi in molte situazioni fuori rete, fornendo allo stesso tempo una fornitura affidabile di elettricità utilizzando una combinazione di fonti energetiche. Numerosi sistemi ibridi sono stati installati in tutto il mondo e l’industria in espansione delle energie rinnovabili ha ora sviluppato sistemi affidabili e competitivi in termini di costi utilizzando una varietà di tecnologie.

Perché ricorrere a un impianto fotovoltaico ibrido          

Negli ultimi anni, i costi di accumulo del sistema fotovoltaico e delle batterie sono diminuiti drasticamente, rendendoli una fonte di energia conveniente per chi vuole staccarsi dal fornitore elettrico e per chi vive in aree remote. Utilizzare solo un sistema fotovoltaico e fare affidamento esclusivamente sull’irraggiamento solare (anche se ce n’è in abbondanza ed è gratuito), non è una scommessa sicura per un consumatore poiché la produzione fotovoltaica può essere incoerente.

Questo è il motivo per cui alcuni proprietari di case o di aziende ricorrono a sistemi fotovoltaici ibridi, come ad esempio fotovoltaico – eolico o fotovoltaico – diesel. Per una generazione di energia così complessa, è necessario un sistema di gestione dell’energia che aiuta ad aumentare la riduzione del consumo di carburante a seconda della configurazione. Ma prima di parlare di tali vantaggi, approfondiamo e vediamo cos’è e come funziona un sistema fotovoltaico ibrido.

Cos’è un sistema ibrido fotovoltaico-diesel?

I sistemi ibridi solari sono sistemi di alimentazione che combinano l’energia solare di un sistema fotovoltaico con un’altra fonte di energia. Uno dei sistemi ibridi più comuni è il sistema ibrido fotovoltaico – diesel, che accoppia generatori fotovoltaici e diesel, noti anche come gruppi elettrogeni diesel.

I generatori diesel vengono utilizzati per colmare costantemente il divario tra il carico e la potenza generata dal sistema fotovoltaico. Gli accumulatori possono essere utilizzati per migliorare le prestazioni complessive del sistema per garantire che la quantità di energia soddisfi la domanda. È inoltre possibile includere un sistema di gestione dell’energia per ottimizzare il sistema poiché la capacità dei gruppi elettrogeni diesel è limitata e la produzione di energia solare è incoerente.

Come funziona un sistema ibrido diesel – fotovoltaico?

A seconda del consumatore e della sua situazione, l’energia principale può essere la rete elettrica, il sistema fotovoltaico o il gruppo elettrogeno diesel. Quando è collegato alla rete, parliamo di un sistema a rete e quando è isolato, questo è un sistema fuori rete.

In ogni caso, quelle fonti di energia vengono utilizzate per completarsi a vicenda. Sia che l’obiettivo sia quello di colmare il divario creato dal guasto della rete o di ridurre il dispendio di carburante, il sistema fotovoltaico può fornire energia aggiuntiva. Anche le batterie possono essere utilizzate per immagazzinare l’energia in eccesso da utilizzare in seguito. Un sistema di gestione dell’energia può garantire il risparmio di carburante e il funzionamento ottimale dell’intero sistema.

I sistemi ibridi fotovoltaico – eolico – batteria – diesel

Le risorse di energia solare ed eolica sono alternative l’una all’altra che avranno l’effettivo potenziale per soddisfare in una certa misura il dilemma del carico. Tuttavia, tali soluzioni in qualsiasi momento ricercate in modo indipendente non sono del tutto affidabili a causa del loro effetto di natura instabile.

In questo contesto, i sistemi di energia ibrida fotovoltaica ed eolica autonomi si sono rivelati un’alternativa economicamente più valida per soddisfare le richieste energetiche di numerosi consumatori isolati in tutto il mondo. Il sistema ibrido Fotovoltaico-Eolico-Batteria-Diesel è considerata la soluzione più ottimale per quanto riguarda i costi e le emissioni tra tutte le varie combinazioni di sistemi ibridi.

Infatti, in generale, la variazione dell’energia solare ed eolica non corrisponde alla distribuzione temporale della domanda. Pertanto, il sistema di generazione di energia impone l’associazione delle strutture di accumulo dei banchi batterie per superare / attenuare il disallineamento della distribuzione del tempo tra il carico e la generazione di energia rinnovabile (solare fotovoltaica ed eolica).

Uno svantaggio comune al sistema eolico e solare è la loro natura imprevedibile e la dipendenza dal tempo e dai cambiamenti climatici. Entrambi (se usati in modo indipendente) dovrebbero essere sovradimensionati per renderli completamente affidabili, con un costo totale ancora più elevato. Ma un generatore diesel può essere ancora utile in quei rari giorni dell’anno in cui si rendesse necessario.

Infatti, quando la luce solare è scarsa e la velocità del vento ridotta, il funzionamento e l’efficienza del sistema ibrido fotovoltaico eolico sono influenzati e il requisito di carico non è soddisfatto né dal sistema ibrido né dalle batterie. Tutto questo problema può essere risolto utilizzando un generatore diesel in un sistema ibrido fotovoltaico-eolico.

Una fusione di energia solare ed eolica in un sistema di generazione ibrido può attenuare le loro fluttuazioni individuali, aumentare la produzione complessiva di energia e ridurre significativamente il fabbisogno di accumulo di energia. È stato dimostrato che, a causa di questa disposizione, la spesa complessiva per il sistema autonomo rinnovabile può essere ridotta drasticamente.

Per migliorare le prestazioni della combinazione individuale FV stand-alone o della combinazione eolica è dunque necessaria un’unità di backup a batteria e un gruppo elettrogeno diesel, che aumentano il costo del sistema ibrido per un corretto funzionamento e una migliore affidabilità. Naturalmente, occorre realizzare il dimensionamento adeguato di qualsiasi sistema ibrido.

Criteri generali di dimensionamento del generatore diesel e della batteria

L’applicazione del generatore diesel dipende dal tipo e dalla natura della richiesta di carico. Vi sono due condizioni essenziali per il calcolo della capacità nominale del generatore da installare:

• La prima condizione, se il generatore diesel è collegato direttamente al carico: la capacità nominale del generatore deve essere almeno pari al carico massimo.
• Seconda condizione, se il generatore diesel viene utilizzato come caricabatteria, la corrente prodotta dal generatore non deve essere superiore a CAh / 5 A, dove CAh è la capacità in ampere-ora della batteria.

Nel sistema ibrido, viene utilizzato un generatore per mantenere l’affidabilità e i requisiti di carico. Per ottenere il minor costo del sistema, il generatore dovrebbe funzionare tra il 70 e il 90% del pieno carico. Il generatore soddisfa la richiesta di carico e la ricarica della batteria se il carico di picco non è disponibile.

La batteria, naturalmente, viene utilizzata per immagazzinare l’energia generata in eccesso, regolare la tensione del sistema e alimentare il carico in caso di produzione di energia insufficiente dal sistema ibrido. Il dimensionamento della batteria del sistema ibrido dipende dalla profondità massima di scarica, dalla temperatura e dalla durata della batteria. Più in generale, i due criteri principali per qualsiasi progetto di sistema ibrido sono l’affidabilità e il costo del sistema.