Contrastare il caro energia, si può.

Costi insostenibili e necessità ambientali
In questi tempi, oltre alla consapevolezza dell'importanza di preservare l'ambiente, ci si è imbattuti in un rincaro dell'energia che sta mettendo in grandissima difficoltà aziende e famiglie. Stante questi incontrovertibili assunti, con questo articolo proviamo a far comprendere che la realizzazione di impianti atti a produrre e accumulare energia possono facilmente compensare i consumi energetici in completa autonomia. Il pensiero, cade sulla realizzazione di impianti che integrano sistemi diversi di produzione "eolico-solare" con il contributo ottimale di sistemi di accumuloattraverso l'uso di batterie. Il fattore motivante dietro la progettazione del sistema ibrido solare-eolico è il fatto che sia l'energia solare che quella eolica mostrano profili di potenza complementari. La vantaggiosa combinazione di eolico e solare, porterà a chiari vantaggi, come il livellamento della potenza intermittente, restituendo una maggiore affidabilità e disponibilità di energia nel tempo. Ad aiutare il livellamento della disponibilità, si possono affiancare anche le tecnologie di accumulo, che riescono a garantire una vera continuità di energia e per questo, il calcolo della capacità ottimale per il sistema di accumulo si rivela estremamente importante. Oggi, la tecnologia di accumulo di energia attraverso batterie è considerata una delle scelte più efficaci per le applicazioni di energia rinnovabile.

Introduzione
La produzione di energia tradizionale avviene nelle centrali elettriche centralizzate, che comprendono grandi centrali elettriche che producono la maggior parte di energia utilizzando combustibili fossili. L'uso di combustibili fossili convenzionali ha effetti negativi sull'ambiente in termini di emissioni di anidride carbonica e problemi di scorie nucleari. A causa del rapido aumento del consumo energetico mondiale e del calo dei combustibili fossili, lo sviluppo delle fonti di energia rinnovabile (ER) è emerso come il campo più stimolante della moderna ingegneria e tecnologia elettrica. Una ridotta dipendenza dai combustibili convenzionali, una maggiore sicurezza energetica e una riduzione delle emissioni di gas serra sono alcuni dei vantaggi offerti da ER. Si osserva la ristrutturazione dei sistemi elettrici a causa del maggiore utilizzo di energie rinnovabili nella generazione di energia elettrica. Altri fattori importanti come eco-compatibilità. Tuttavia, la raccolta di ER su larga scala e il raggiungimento della massima permeazione delle fonti di ER nei sistemi di alimentazione è considerato un compito ingombrante. Diverse barriere devono essere superate dall'industria e dai ricercatori nel campo dell'ingegneria elettrica per sfruttare l'IR in modo efficace. C'è un urgente bisogno di idee innovative nel campo dell'ER in modo da contribuire allo sviluppo di questa tecnologia.

Metodologie possibili
Gli schemi, per la realizzazione di un impianto possono essere molteplici, a cominciare da quello largamente proposto dalle normative vigenti gestite dal GSE. Che propongono come soluzione principale, un sistema di scambio energetico sul posto. Che attraverso la presenza di due contatori, un in ingresso fornitore di energia dalla rete elettrica e uno in uscita che calcola l'energia superflua immessa dall'impianto nella rete pubblica. Questo da adito ad una compensazione tra consumi tra energia immessa in rete e quella consumata.

Questo tipo di approccio, ha molti aspetti da valutare:

• aspetti burocratici che fanno riferimento alla necessità di un'autorizzazione da parte del GSE per l'immissione in rete, che hanno un costo importante;
• dotazione di apparecchiature con certificazioni corrispondenti a quelle richieste dal gestore dell'energia, molto più care di quelle messe ad isola;

Per completezza di informazioni va anche detto che con questo metodo si potrebbe fare a meno del sistema di accumulo, risparmiando sul costo di realizzazione.

Il nostro approccio - impianto ibrido con accumulo
Negli ultimi anni, la disponibilità di pannelli solari a prezzi più convenienti ha contribuito all'emergere dell'energia solare fotovoltaica (FV) come una tecnologia incipiente leader nel dominio ER. Tuttavia, l'integrazione dell'energia fotovoltaica nelle reti elettriche locali pone diverse sfide a causa della sua natura intermittente. I problemi incontrati a causa dell'uso dell'energia solare includono la generazione di armoniche indesiderate nella tensione e nella corrente, deviazioni di tensione negli alimentatori di distribuzione e sfarfallio. 

Allo stesso modo, anche la potenza ottenibile dall'eolico ha rivelato un tasso di crescita dissoluto.  Tuttavia, l'integrazione dell'energia eolica a livello locale pone problemi di qualità, affidabilità e protezione dell'energia che devono essere affrontati per fornire energia eolica efficiente a un costo accessibile. Anche il funzionamento delle reti interconnesse è influenzato dalle fluttuazioni della produzione di energia dei parchi eolici. La natura intermittente dell'energia eolica ha limitato la sua massima penetrazione nelle reti elettriche.

Una soluzione efficace per l'integrazione delle fonti rinnovabili nella rete elettrica è l'uso di sistemi di accumulo di energia. Al giorno d'oggi sono disponibili diversi tipi, tra cui l'accumulo di energia della batteria, le celle a combustibile, i supercondensatori e i sistemi di accumulo basati sul volano. Tuttavia, la tecnologia che fa riferimento alle batterie è considerata lamigliore scelta per i sistemi di accumulo localizzati. Il principio di funzionamento si basa sull'immagazzinamento dell'energia in eccesso nei periodi di produzione di energia in eccesso rispetto alla domanda e sull'alimentazione di nuovo alla rete quando necessario. Pertanto, il sistema di energia rinnovabile può essere reso più economico ottimizzando i costi e le dimensioni  del sistema di accumulo.

Questo si ottiene:

1. selezionando un tipo di stoccaggio meno costoso;
2. minimizzando le dimensioni dello stoccaggio;
3. sviluppo di procedure di riutilizzo efficienti.

Determinare la capacità ottimale di un sistema di accumulo, tuttavia, è un compito impegnativo a causa della natura irregolare dell'energia eolica e solare. Se il sistema di accumulo è sovradimensionato, ciò comporta un aumento non necessario del costo della capacità di installazione e del costo operativo. D'altra parte, se il sistema di storage è inferiore alle dimensioni richieste, si verificheranno interruzioni di corrente, rendendo quindi il sistema meno affidabile. Pertanto, esiste un compromesso tra affidabilità e costi del sistema, che può essere affrontato solo sviluppando tecniche efficienti di stima della capacità necessarie. Numerosi lavori di ricerca sono stati condotti in tal senso per il dimensionamento ottimale dei sistemi di accumulo insieme alle unità di generazione come gli impianti eolici e solari fotovoltaici. 

Più recentemente, le configurazioni di generazione ibrida che coinvolgono fonti di energia eolica e solare hanno attirato molta attenzione, riconoscendola come un'opzione per fornire energia a località remote o come sta accadendo adesso, per diventare un vera alternativa al consumo di energia proveniente dalla rete nazionale. Le caratteristiche complementari di produzione di energia delle fonti ER hanno contribuito alla crescita dei sistemi di generazione ibrida, che possono sopperire completamente ai fabbisogni familiari e aziendali. Magari lasciando, per sicurezza un allaccio alla rete publica che interverebbe in caso di assenza di produzione e di energia accumulata.

Nella ricerca di dare risposte ai problemi intrinseci delle fonti ER, si guarda con attenzione, la struttura ibrida eolica-solare che offre numerosi vantaggi di base dovuti ai profili di potenza complementari dell'eolico e del solare. In questo modo, l'alimentazione continua di queste fonti che singolarmente è poco garantita unite riescono a dare una continuità che influisce molto, sui sistemi di accumulo che possono essere pensati al ribasso di capacità e di costi. Pertanto, il contributo principale di questo articolo è presentare una strategia per la pianificazione e l'ottimizzazione congiunta del mix eolico-solare per la centrale ibrida insieme alla scelta di una capacità ottimale per l'accumulo.

In sintesi, il nostro articolo si rivolge direttamente o indirettamente ai seguenti punti principali:

• Valutazione delle risorse rinnovabili per la combinazione solare ed eolica.
• Allocazione ottimale del mix di energia rinnovabile.
• Accumulo di energia ottimale.
• Ottimizzazione dei costi.
• Miglioramento dell'affidabilità.
• Mitigazione del rischio.

La formulazione proposta fornisce risultati ottimali ma allo stesso tempo è semplice, facile da capire e da implementare e tiene conto dei vincoli pratici relativi all'accumulo. 

Descrizione del sistema
I sistemi autonomi con risorse solari ed eoliche stanno ricevendo piena attenzione in tutto il mondo. Tuttavia, tali impianti non possono produrre energia affidabile in modo indipendente a causa delle caratteristiche stagionali dell'energia solare ed eolica. Ad esempio, la produzione di energia dal sistema solare autonomo non è disponibile durante i giorni non soleggiati. Allo stesso modo, la potenza ottenibile da un sistema eolico autonomo presenta fluttuazioni significative e quindi non può soddisfare requisiti di carico costante. Per mitigare questi problemi, il sistema deve essere dotato di un sistema di accumulo attentamente valutato nelle sue capacità, cercando un compromesso tra costi e benefici.

In quest'ottica il nostro consiglio pratico e di lasciare attiva la fornitura di energia elettrica dalla rete pubblica, che a fronte di costi estremamente accettabili, concede i seguenti benefici:

• Riduzione dei costosi sistemi di accumulo che non devono a tutti costi garantire, la presenza di energia;
• Disponibilità di energia in momenti straordinari di consumo o di poca produzione di energia;
• Disponibilità di energia in caso di guasti ad elementi cruciali come l'inverter.

Quindi considerando che l'efficienza in termini di costi dei sistemi di produzione di ER, dipende in gran parte dal costo del sistema di storage, diventa molto importante non sovraddimenzionarlo, per far fronte a pochi episodi di mancanza di energia durante l'anno. Pertanto, la soluzione consiste nell'impiegare sistemi ibridi di droduzione di ER e impiegare una capacità di accumulo comune che sopperisca alle necessità energentiche ordinarie. Lo schema di ottimizzazione formulato in questo modo è un problema matematico e può essere risolto utilizzando modelli matematici.

Il lavoro proposto può essere svolto efficacemente in due sottofasi:

1. progettazione del mix di energia solare ed eolica in proporzione ottimale
2. progettazione ottimale di accumulo.

Nella fase di progettazione ibrida solare-eolico, possiamo formulare un problema di ottimizzazione al fine di trovare i rapporti ottimali tra le fonti solari ed eoliche in una determinata località in modo da fornire la richiesta di energia richiesta. Ciò può essere fatto specificando l'obiettivo del problema di ottimizzazione per la riduzione al minimo delle deviazioni di potenza tra la domanda di potenza desiderata e la produzione di energia combinata del sistema solare-eolico. È inoltre necessario soddisfare determinati sistemi fisici e vincoli di costo durante il funzionamento dell'impianto RE ibrido. Infine, un'ottimizzazione generale completa il progetto.

Costi da affrontare
In questa fase, si evidenziano gli aspetti di fatibilità e mantenimento dell'impianto, che se progettato in maniera corretta diventa una vera risorsa per una residenza familiare o per un'azienda. Quindi e facile comprendere che bisogna essere veramente opulati, magari realizzando un impianto modulare a ribasso e poi effettuare upgrade se necessari. Tutto questo per dare una risposta approssimativa sulle esigenze ma facilmente scalabile, in modo da contenere i costi che se pur in ribasso, possono essere pimpegnativi per un investimento.

 Le cose da considerare con assoluta attenzione sono:

• Mantenimento se possibile, dell'allaccio alle rete elettrica nazionele, con costi che al netto di consumi straordinari sono:
  

  Potenza Contatore	Quota Fissa (€/punto di prelievo/anno)	Quota Potenza (€/kW/anno)	Quota Energia (centesimi di €/kWh)
  fino a 1,5 kW	4,63	29,95	0,061
  da 1,5 kW a 3 kW	4,63	27,20	0,061
  da 3 kW a 6kW	4,63	30,80	0,061
  da 6 kW a 10 kW	5,09	30,80	0,061
  da 10 kW a 16,5 kW	5,09	30,80	0,061

• Realizzazione di un impianto ibrido solare-eolico, della potenza necessaria per il proprio fabbisogno, che per una casa familiare deve essere di almento 6Kw nominali, prodotti in modo complementare dai pannelli solari e dalle pale eoliche. I costi al netto delle spese di installazione sono indicativamente questi:
  • Pannelli solari ad alta efficienza da 400 o più Watt che con 15 pannelli dal costi di circa 180 euro riscono a coprire il fabbisogno nominale di 6Kw per un totale di 2.700 euro. Clicca qui
  • Turbina eolica verticale da 4 o più Kw, con basso ingombro e bassa rumorosità. Per il nostro progetto ne abbiamo prevista 1 con un costo riconducibile a circa 1400 euro. Clicca qui
  • Sistema di accumulo di energia con uso di 8 batterie al piombo tipo AGM da 120Ah, dal costo di circa 140 euro ognuna per un totale du 1.120 euro che vanno collegate in serie parallelo in modo da ottenere un voltaggio di 48V e un amperaggio di 480A, raggiungendo cosi un accumulo di circa 10KWh. Clicca qui 
  • Inverter in grado di gestire il carico di 6KW provenienti dai pannelli solari o dalle batterie. Che abbia in sede un sistema di switchig, sulla rete pubblica in caso di assenza energia prodotta dall'impianto ibrido. Clicca qui
  • Regolatore di Carica Ibrido Solare Eolico 24V 48V MPPT con Display LCD e una zavorra di carico in caso di mancato uso dell'energia prodotta dalla turbina eolica. Clicca qui