Il futuro dell’energia negli edifici: elettrificazione, accumulo e reti intelligenti

Elettrificazione, sistemi di accumulo, fotovoltaico, reti intelligenti, sono solo alcuni dei termini oggi ricorrenti quando si parla di come evolverà l’edificio. Il settore edilizio, infatti, sta vivendo una fase di profonda trasformazione, che va ben oltre la semplice sostituzione delle caldaie tradizionali con nuovi impianti performanti e maggiormente sostenibili, come le pompe di calore o il fotovoltaico per la produzione di energia rinnovabile. La progressiva decarbonizzazione del sistema energetico, che riguarda in modo trasversale tutti i settori economici, sta modificando anche il modo in cui si progettano e usano gli edifici. Oltretutto, da un punto di vista energetico, ne cambia quasi il ruolo, trasformandolo in un nodo all’interno di una rete in cui i diversi soggetti connessi consumano e producono energia. Diventano prosumer, capaci di produrre, accumulare, modulare e scambiare energia. In questo scenario, l’obiettivo non è semplicemente ridurre i kilowattora consumati, è fondamentale ottimizzare contemporaneamente energia, potenza, flessibilità, comfort, costi e carbon intensity.

L’elettrificazione come pilastro della decarbonizzazione dell’edilizia

L’elettrificazione dei consumi rappresenta uno dei principali strumenti per ridurre le emissioni climalteranti associate agli edifici. Si è passati dal parlare di edifici a energia quasi zero (o passivi) a edifici a zero emissioni. Il principio è abbastanza semplice e consiste nell’eliminare fonti di possibili emissioni per il funzionamento dell’edificio e di tutte le sue attività. Generalmente, ciò si concretizza con la sostituzione dei sistemi alimentati direttamente da combustibili fossili con tecnologie elettriche ad alta efficienza. I principali impianti tramite cui raggiungere questo obiettivo sono le pompe di calore per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, altri sistemi HVAC elettrificati, piani cottura a induzione, sistemi di accumulo e soluzioni per la gestione intelligente dell’energia e dei carichi. A ciò, si aggiungono gli impianti per la produzione di energia rinnovabile, capaci di coprire, almeno in parte, il fabbisogno elettrico dell’edificio, che aumenta notevolmente.

Non si tratta solo di alzare la domanda elettrica, serve progettare la gestione dei carichi

La graduale sostituzione degli impianti che generano emissioni con soluzioni elettriche può portare a credere che si tratti semplicemente di un aumento della potenza richiesta e dei consumi. In realtà, ciò crea anche un profilo di consumo più complesso con picchi che variano nel corso della giornata e aspetti importanti da considerare, quali la contemporaneità della domanda.

La progettazione, in questo senso, è fondamentale. Si parla di load management, ossia di gestione dinamica della potenza. L’obiettivo è distribuire temporalmente i carichi in modo da minimizzare i picchi e garantire sempre il comfort necessario. Per funzionare, è necessario un sistema di monitoraggio in tempo reale, capace di misurare in modo continuativo il consumo complessivo dell’edificio, per poi avviare attività di regolazione automatica. Nel momento in cui ci si avvicina al tetto massimo previsto da contatore, i carichi possono essere ridotti e si spostano temporaneamente quelli meno urgenti. Si segue, in sostanza, un concetto di priorità, che permette di garantire che i servizi essenziali abbiano sempre energia, intervenendo sul resto. Ad esempio, l’impianto di climatizzazione invernale continuerà a funzionare, ma se è necessario verrà modificata in automatica la velocità di ricarica delle auto elettriche sulla base dell’effettiva disponibilità.

Altri vantaggi dell’automazione degli edifici

Un edificio dotato di sistemi di automazione può modificare il proprio profilo di domanda in risposta a diversi fattori, come il prezzo dell’elettricità, segnali specifici provenienti dalla rete, disponibilità di energia autoprodotta, presenza e carica di sistemi di accumulo o previsioni di carico. Di conseguenza, un sistema di controllo avanzato può ottimizzare i carichi e i consumi, regolando il funzionamento di tutto ciò che è fonte di consumo sulla base della disponibilità e del prezzo dell’energia. Questa flessibilità permette di ridurre i costi per l’utente, di evitare interruzioni indesiderate e di garantire sempre il massimo comfort.

 Il ruolo dell’accumulo negli edifici elettrificati

Uno dei pilastri del nuovo sistema energetico dell’edificio è costituito dall’accumulo, sempre più diffuso in diversi contesti. Le batterie, del resto, sono una tecnologia molto interessante, anche di piccola e media scala, per il settore residenziale e non solo, in quanto permettono di aumentare l’autoconsumo, ridurre i picchi di potenza di richiesta alla rete e ottimizzare, laddove necessario, la ricarica dei veicoli elettrici.

Il fotovoltaico produce energia in modo non programmabile e fortemente dipendente dalle condizioni ambientali, come l’irraggiamento e la temperatura. Il problema principale non è, quindi, la quantità annuale di energia prodotta, ma la coincidenza temporale tra generazione e domanda.

Un’abitazione può avere un elevato surplus fotovoltaico nelle ore centrali della giornata e contemporaneamente un’elevata domanda nelle ore serali; senza accumulo, una parte dell’energia prodotta può essere immessa in rete mentre con una batteria, l’energia eccedente può essere accumulata e successivamente utilizzata.

Come dimensionare la batteria di casa

Per dimensionare correttamente un sistema di accumulo non basta considerare i kW indicati o la potenza dell’impianto fotovoltaico. È importante valutare diversi fattori, tra cui il profilo orario dei consumi, la tipologia e l’effettiva produzione del fotovoltaico e le caratteristiche del luogo di installazione, come la temperatura di esercizio. Inoltre, è importante tenere conto di aspetti tecnici quali capacità (kWh), potenza (kW), efficienza, profondità di scarica, numero di cicli e durata della garanzia.

L’obiettivo è individuare una batteria proporzionata alle reali esigenze dell’abitazione, evitando sia un sistema sovradimensionato sia uno troppo piccolo per sfruttare al meglio l’energia prodotta. Una corretta valutazione è essenziale anche per evitare una spesa eccessiva per un prodotto che poi risulta essere inadeguate alle effettive esigenze dell’abitazione.

Aumenta la produzione di rinnovabili in loco e cambia anche la rete di distribuzione

L’elettrificazione intensa degli edifici, con profili di consumo decisamente differenti rispetto al passato, la diffusione del fotovoltaico e l’accoppiamento con i sistemi di accumulo costituiscono le basi che hanno portato alla necessità di un cambiamento anche della rete di distribuzione.

Si registra, contemporaneamente, una richiesta di energia più elevata e una variabilità della generazione maggiore.

La soluzione non può essere affidata esclusivamente all’ampliamento delle infrastrutture di rete, in quanto ridurre la questione a una “quantità” di energia distribuibile sarebbe riduttivo e poco efficiente. È necessario, infatti, rendere la rete più flessibile ed è qui che entra in gioco il concetto di smart grid, una rete capace di utilizzare comunicazione digitale, automazione e controllo per coordinare generazione, distribuzione, accumulo e consumo.

All’interno delle reti intelligenti cambiano i ruoli e l’edificio diventa un prosumer, ossia un consumatore che produce anche energia ed è sempre più spesso coinvolto in un processo di scambio con la rete. Fotovoltaico, batterie, pompe di calore e altri carichi possono essere coordinati per adattare consumi e produzione alle condizioni della rete, riducendo i picchi di domanda e valorizzando l’energia rinnovabile disponibile localmente.

In questo modo, la rete non è più soltanto un’infrastruttura che trasporta energia in una sola direzione, ma diventa un sistema più dinamico e bidirezionale, capace di gestire in modo intelligente i flussi di energia tra edifici, sistemi di accumulo e rete elettrica.

FAQ Elettrificazione degli edifici, accumulo e reti intelligenti

Che cosa si intende per elettrificazione degli edifici?

L’elettrificazione degli edifici consiste nella sostituzione dei sistemi alimentati direttamente da combustibili fossili con tecnologie elettriche ad alta efficienza, come pompe di calore, sistemi HVAC elettrificati, piani a induzione e sistemi di accumulo. L’obiettivo è ridurre le emissioni e aumentare la sostenibilità degli edifici.

Perché la gestione dei carichi è importante negli edifici elettrificati?

L’elettrificazione può aumentare la domanda elettrica e, soprattutto, modificare il profilo dei consumi, creando picchi di potenza dovuti alla contemporaneità di più apparecchi e impianti. È fondamentale gestire i carichi, distribuendoli nel tempo e mantenendo sempre sicuri i servizi essenziali.

Qual è il vantaggio di abbinare fotovoltaico e batteria di accumulo?

L’abbinamento tra fotovoltaico e accumulo consente di utilizzare una quota maggiore dell’energia prodotta direttamente dall’edificio. L’accumulo può immagazzinare l’energia che non viene utilizzata al momento, per usi previsti in un secondo momento, oltre a contribuire alla gestione dei picchi.

Come si dimensiona una batteria per un’abitazione?

Il dimensionamento deve partire dal profilo orario dei consumi e dalla produzione prevista dell’impianto fotovoltaico, non soltanto dalla sua potenza nominale. Una batteria correttamente dimensionata deve essere proporzionata alle reali esigenze dell’abitazione, evitando sia il sovradimensionamento sia una capacità insufficiente.

Che cosa sono le smart grid e quale ruolo hanno gli edifici?

Le smart grid sono reti elettriche che utilizzano sistemi digitali di comunicazione, automazione e controllo per coordinare in modo più efficiente produzione, distribuzione, accumulo e consumi. In questo modello l’edificio può diventare un prosumer, cioè un soggetto che non si limita a consumare energia ma può anche produrla, accumularla e modulare i propri consumi in funzione delle condizioni della rete. Fotovoltaico, batterie, pompe di calore e altri carichi possono così essere coordinati per aumentare la flessibilità del sistema energetico.

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