Fotovoltaico nel settore civile/residenziale: quale taglia installare?

Il mercato italiano del fotovoltaico nel 2014 ha mostrato una decisa contrazione rispetto a quanto registrato negli anni precedenti. A titolo di esempio si può considerare che le nuove installazioni sono calate dal valore di oltre 1 GW, registrato nel 2013, a quello di circa 385 MW contabilizzato nel 2014 ^[1]. La potenza totale installata in nuovi impianti fotovoltaici nel 2014 è sostanzialmente in linea con i valori del 2008 (329 MW ^[2]), segnale di una evidente inversione di tendenza.

Per quanto riguarda la taglia degli impianti installati, i dati disponibili rilevano che gli impianti con potenza di picco tra i 3 ed i 6 kW – tipici del settore residenziale – rappresentano circa il 59% delle nuove installazioni^[3].

I motivi principali di quanto verificatosi nel corso dello scorso anno sono da ricercare prevalentemente nella nuova politica di incentivazione per questa tipologia di impianti: il 2014 è stato infatti il primo anno in cui non è stato possibile accedere al Conto Energia.

In uno scenario come quello attuale, la convenienza economica di un impianto fotovoltaico è pertanto legata soprattutto alla possibilità di autoconsumare l’energia elettrica da esso prodotta.

È ben noto infatti, che per qualunque sistema di generazione, il valore dell’energia elettrica prodotta è dettato dall’impiego della stessa. L’energia elettrica autoprodotta e consumata in loco può infatti essere valorizzata con la tariffa di acquisto che il produttore sosterrebbe, ovvero come un costo evitato. Al contrario, l’immissione in rete dell’energia elettrica è solitamente un’alternativa meno conveniente dal punto di vista economico, anche se parzialmente compensata dallo scambio sul posto, come nel caso degli impianti fotovoltaici residenziali.

Ne consegue che la strategia ottimale per rendere massima la convenienza economica di un impianto fotovoltaico passa inevitabilmente dal massimizzare l’autoconsumo di energia elettrica. Per raggiungere tale obiettivo diventa di fondamentale importanza eseguire la scelta più corretta della taglia elettrica dell’impianto in base ai reali fabbisogni dell’utenza.

A tal fine, è stata sviluppata un’analisi prendendo in considerazione un’utenza residenziale (consumo annuo 3200 kWh) al variare della potenza elettrica di picco installata con pannelli fotovoltaici. Nell’analisi sviluppata si è supposto di installare i pannelli esposti a sud con un’inclinazione di 30° rispetto al piano orizzontale riferendosi a 44.51° di latitudine e 11.35° di longitudine (corrispondenti alla città di Bologna)^[4]. Per quanto riguarda il calcolo della radiazione solare si è considerato un modello di clear sky con un fattore di indisponibilità del 30%.

L’analisi è stata condotta mediante il software SPEED (Solar Photovoltaic Energetic and Economic Design) sviluppato dal gruppo di ricerca di Sistemi e Macchine per l’Energia e l’Ambiente del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna. Tale software è in grado di calcolare le prestazioni di un sistema fotovoltaico connesso ad un’utenza residenziale mediante una simulazione su base oraria per un intero anno (8760 ore) al variare delle condizioni al contorno (tipologia di utenza, potenza installata di picco, località geografica dell’installazione, ecc.).
Nelle Figure 1, 2 e 3 sono mostrati alcuni esempi degli output del software SPEED, che rappresentano rispettivamente:
(1) le curve di carico (adimensionalizzate) di un’utenza residenziale (Figura 1) in funzione di tutte le tipologie di assorbimento tipicamente presenti in una casa tipo italiana,
(2) la radiazione solare giornaliera sul piano orizzontale al variare del mese dell’anno (Figura 2)
(3) l’energia radiante complessivamente incidente per un esposizione a sud al variare dell’angolo di inclinazione – tilt – (Figura 3).

In Figura 4 è presentato il risultato dell’analisi sviluppata in termini di rapporto tra l’energia elettrica totale autoconsumata rispetto al (a) fabbisogno totale dell’utenza e alla (b) produzione totale dell’impianto fotovoltaico al variare della potenza di picco installata.

La Figura 4, mostra con chiarezza che al crescere della potenza installata, la percentuale dell’energia elettrica autoconsumata rispetto al fabbisogno dell’utenza presenta un andamento quasi asintotico ad un valore vicino a circa il 50%. Per una potenza installata pari a 3 kW è possibile infatti autoconsumare poco più di 1500 kWh corrispondenti a circa il 48% del fabbisogno totale. Va inoltre osservato che l’incremento della potenza installata comporta una riduzione dell’energia elettrica autoconsumata rispetto alla totale prodotta, ovvero un aumento dell’energia elettrica immessa in rete. Sempre con riferimento ad una potenza installata pari a 3 kW è possibile autoconsumare solo il 34% dell’energia elettrica prodotta. Di fatto l’incremento dell’energia elettrica immessa in rete con il crescere della potenza installata, implica una riduzione del valore totale del kWh prodotto da fotovoltaico ed un incremento dei costi di installazione.

Ne consegue che, sulla base delle ipotesi assunte, una potenza di picco installata pari a 2 kW appare come la taglia ideale al fine di conciliare la maggiore copertura possibile del fabbisogno dell’utenza senza penalizzare eccessivamente il valore dell’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico. In questo caso infatti si riuscirebbe a coprire circa il 46% del fabbisogno, autoconsumando quasi il 48% della produzione totale.

Figura 1 – Curve di carico elettriche adimensionali per un’utenza residenziale in un giorno tipo invernale (a) ed estivo (b)

Figura 2 – radiazione solare giornaliera sul piano orizzontale

Figura 3 – radiazione annua al variare dell’inclinazione (orientamento a sud)

Figura 4 – Energia elettrica autoconsumata rispetto al fabbisogno totale dell’utenza ed alla produzione totale dei pannelli fotovoltaici

[1] Gaudì Terna – http://www.terna.it/default/Home/SISTEMA_ELETTRICO/gaudi.aspx

[2] GSE – http://www.gse.it/it/Pages/default.aspx

[3] http://www.casa24.ilsole24ore.com/art/mercato-immobiliare/2015-07-27/il-fotovoltaico-residenziale-traina-mercato-rinnovabili-ma-sconta-l-addio-conto-energia-

135636.php?uuid=AC9rhAY&refresh_ce=1

[4] Bianchi M., Branchini L., Ferrari C., Melino F., “Optimal size of grid-independent hybrid photovoltaic-battery power systems for household sector”, Applied Energy, Applied Energy 136 (2014) 805 – 816, DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.07.058

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