Sette tesi sull’accumulo nelle applicazioni commerciali

Le soluzioni solari di accumulo sono oggi più che mai al centro dell’attenzione. I campi di applicazione sono molto diversi fra loro, così come i relativi requisiti. Mentre i gestori degli impianti privati mirano all’ottimizzazione dell’autoconsumo, in campo industriale i sistemi di storage servono principalmente ad assicurare la riserva di regolazione e quindi la stabilità della rete. 

Nel caso delle applicazioni di accumulo commerciali in primo piano vi sono redditività e sicurezza dell’approvvigionamento elettrico: si tratta di garantire la compensazione dei picchi di carico e di fabbisogno nonché l’approvvigionamento elettrico di emergenza in caso di blackout. A tal fine sono richieste soluzioni di sistema su misura delle esigenze individuali, che siano in grado di soddisfare complesse strutture di carichi e requisiti. Nel presente contributo, gli esperti SMA Volker Wachenfeld (Executive Vice President dell’unità Offgrid & Storage) e Nick Morbach (Executive Vice President dell’unità Commercial) affrontano la questione da diverse prospettive.

1. “Le batterie sono il tassello mancante di una produzione energetica da fonti rinnovabili a livello globale” – Elon Musk, CEO Tesla

Volker Wachefeld, laureato in ingegneria elettrica, è Executive Vice President dell’unità Offgrid & Storage di SMA.

Volker Wachenfeld: Elon Musk si riferiva in primo luogo ai propri prodotti, ma il suo messaggio ha certamente una validità generale: la marcia delle energie rinnovabili non può più essere arrestata. Ciò significa anche che la loro volatilità, già oggi sensibile, è di sicuro destinata ad aumentare ancora in maniera netta a causa delle oscillazioni nella produzione energetica in funzione della loro disponibilità. Le soluzioni di accumulo sono tuttavia in grado di attenuare tale volatilità, se non di annullarla del tutto. Esse semplificano l’integrazione alla rete e contribuiscono alla stabilizzazione sia statica che dinamica del sistema di approvvigionamento energetico mondiale.

Nick Morbach: Il principio da seguire è questo: produrre l’energia là dove viene consumata, rendendola disponibile quando serve. Per un approvvigionamento elettrico esclusivo tramite energia solare non è teoricamente necessaria una superficie molto maggiore rispetto a quella già disponibile sugli edifici residenziali e commerciali e sugli stabilimenti industriali. Se sfruttassimo tali superfici per la produzione fotovoltaica e integrassimo soluzioni di accumulo nel sistema, teoricamente sarebbe tutto possibile. A tal fine, in pratica gli accumulatori devono solamente diventare più convenienti, ma siamo già sulla buona strada.

Volker Wachenfeld: Negli ultimi due anni il prezzo delle batterie si è significativamente ridotto. Grazie anche a interventi di alto profilo come quello di Elon Musk alla presentazione del Tesla Powerwall, il tema entra inoltre sempre più nella testa della gente. Gli impianti fotovoltaici con sistema di accumulo non sono più percepiti come una tecnologia eccessivamente complicata, quanto piuttosto come un semplice strumento per contribuire alla rivoluzione energetica e diventare ad esempio parte della centrale virtuale in qualità di gestori di un impianto. Combinando la corrente eolica e fotovoltaica con sistemi a batteria per creare centrali virtuali in grado di gestire contemporaneamente in maniera intelligente milioni di impianti decentralizzati, non sarebbe più un problema ottenere un approvvigionamento elettrico sicuro e da fonti rinnovabili. Naturalmente, a tal fine è necessaria anche la volontà politica. Non bisogna dunque chiedersi se installare un accumulatore a integrazione dell’impianto fotovoltaico, ma interrogarsi sulle sue dimensioni ideali nell’ottica dell’ottimizzazione del sistema complessivo composto da carichi, accumulatori e impianto fotovoltaico.

2. Le soluzioni di accumulo sono convenienti?

Volker Wachenfeld: SMA realizza da anni soluzioni di accumulo per applicazioni commerciali nel segmento Off-Grid. Nelle regioni non raggiunte dalla rete l’obiettivo primario è assicurare un approvvigionamento di energia che renda possibile lo sviluppo economico. In caso di aumento del fabbisogno energetico, i sistemi possono essere ampliati in maniera modulare fino a raggiungere i 300 kW.
Oltre all’aspetto economico, le nostre soluzioni di accumulo collegate alla rete per applicazioni fino a 100 kW in ambito commerciale soddisfano ulteriori requisiti aggiuntivi di diverso tipo. Per un’azienda agricola, ad esempio, è importante anche la sicurezza dell’approvvigionamento elettrico. Cosa succederebbe infatti se un’interruzione di corrente bloccasse la mungitrice, le lampade a infrarossi per la cura dei cuccioli o il sistema di aerazione del pollaio? In questo caso un sistema di accumulo può mettere a disposizione in ogni momento l’energia necessaria. Lo stesso vale per ospedali, alberghi e scuole. Grazie all’accumulo i parcheggi potrebbero offrire prestazioni di carica per auto elettriche senza dover aumentare la potenza di allacciamento. Possibilità applicative simili si profilano anche per le compagnie armatrici nel campo della navigazione solare. Attualmente in Germania circa il 10% degli impianti dotati di accumulo integrati nella rete sono ascrivibili per dimensioni e applicazione al segmento Commercial.

Nick Morbach è Executive Vice President dell’unità Commercial di SMA.

Nick Morbach: Un impianto commerciale ottimizza il bilancio energetico del gestore. In linea di principio il funzionamento è simile a quello di un impianto nel settore Residential, dove l’accumulo è al momento impiegato esclusivamente per la gestione dell’autoconsumo. Per i gestori commerciali vi sono tuttavia ulteriori criteri di ottimizzazione. In questo segmento il prezzo della corrente è composto dalla classica componente proporzionale, ovvero euro per kilowattora, e da un prezzo per la potenza impegnata, ovvero da un importo aggiuntivo per i picchi di prelievo. Mediante un sistema di accumulo a batteria questi ultimi possono essere ridotti o spostati nei momenti di carico “leggero”. Per poterlo fare in maniera ottimale è necessario un sistema di gestione energetica professionale, su misura dei requisiti industriali e interconnesso con l’impiantistica dell’edificio. SMA lavora a pieno regime per offrire ai propri clienti soluzioni che comprendono sistemi di questo tipo.
Anche nei punti di connessione deboli, l’accumulo offre agli stabilimenti industriali possibilità aggiuntive di produrre autonomamente corrente elettrica a prezzo conveniente grazie a un impianto fotovoltaico. L’accumulo impedisce infatti il sovraccarico della connessione e consente quindi l’ulteriore espansione della produzione decentralizzata anche nel segmento commerciale.

Volker Wachenfeld: Nelle applicazioni Utility, come nel caso del Messico o delle Hawaii, le soluzioni di accumulo servono all’integrazione delle energie rinnovabili nella rete. Si tratta ad esempio di limitare le pendenze di rampa ecc. Negli Stati Uniti, in Corea del sud e anche in Europa vengono collegati alla rete grandi sistemi di accumulo per garantire la riserva di regolazione. In tutti questi casi lo storage serve alla stabilizzazione delle reti.

3. Nel settore Commercial gli accumulatori sono interessanti tanto per i gestori degli impianti quanto per il gestore di rete

Volker Wachenfeld: Purtroppo no. Attualmente le soluzioni di accumulo sono allettanti solo per il gestore dell’impianto, mentre ai gestori di rete mancano ancora i corrispondenti modelli aziendali. La situazione va necessariamente ottimizzata. In quanto sistema universale di gestione energetica, l’accumulo offre la possibilità di armonizzare fra loro produzione e fabbisogno sotto il profilo temporale, contrariamente alle reti elettriche che distribuiscono l’energia nello spazio. Tale adattamento diventa estremamente allettante per il gestore nel momento in cui l’energia ha un valore diverso in momenti diversi (ovvero se può essere fornita a volte a un prezzo elevato altre a un prezzo più conveniente); ciò vale sia per il prelievo dalla rete sia per la produzione.

4. Le soluzioni di accumulo nel settore commerciale sono richieste in tutto il mondo

Nick Morbach: Nei cosiddetti mercati fotovoltaici “maturi”, dove già molte aziende sono dotate di impianti fotovoltaici (che in parte dispongono già di funzioni di gestione energetica) sono decisivi i modelli tariffari. Come detto, nel settore commerciale il prezzo dell’energia elettrica è dato da due componenti. Il prezzo della potenza impegnata (Demand Charge) è un fattore importante in quasi tutti i mercati, anche se il prezzo effettivo può essere molto diverso a seconda del singolo mercato. A loro volta, in alcuni mercati i prezzi per kilowattora sono già offerti con uno scaglionamento: stiamo parlando delle cosiddette tariffe ToU (Time of Use), su base oraria. Mediante una soluzione di accumulo è possibile ottenere la riduzione dei picchi di potenza e quindi dei “Demand Charge”, e al tempo stesso caricare e scaricare l’accumulatore in maniera mirata a orari ben definiti sfruttando le tariffe variabili. In Germania la quota del prezzo per kilowattora che dipende effettivamente dei costi di acquisto è purtroppo pari a meno di un terzo. Il resto è dato da imposte e tasse. Una tale struttura rende quasi impossibile lo sfruttamento di tariffe orarie nell’ottica dei modelli di arbitraggio basati sull’accumulo [Nota: In  economia e in finanza, un arbitraggio è un’operazione che consiste nell’acquistare un bene o un’attività finanziaria su un mercato  rivendendolo su un altro mercato, sfruttando le differenze di  prezzo al fine di ottenere un profitto. Fonte: Wikipedia]. Nel frattempo, però, gli Stati Uniti si stanno ad esempio cristallizzando come uno dei mercati più allettanti sia per l’ammontare dei “Demand Charge” sia per la conveniente struttura ToU.

Volker Wachenfeld: Ad ogni modo, non bisogna in nessun caso perdere d’occhio paesi come l’India. Considerata la scarsa qualità della rete, anche in questo caso i sistemi di accumulo possono assumere un ruolo importante per garantire un approvvigionamento elettrico stabile. A Tami Nadu abbiamo ottenuto esperienze positive con i nostri sistemi ibridi commerciali. Lì la corrente elettrica è costosa e inaffidabile ed è fonte di costanti problemi per le aziende produttrici.

5. L’integrazione dell’accumulo negli impianti fotovoltaici esistenti è conveniente sotto il profilo economico

Nick Morbach: L’integrazione negli impianti di produzione esistenti non pone fondamentalmente alcun problema. Alla fine si tratta di stabilire se in un dato momento è più conveniente convogliare l’energia elettrica prodotta dall’impianto nell’accumulatore, consumarla direttamente o immetterla in rete; allo stesso modo, in altri orari bisogna decidere se acquistare corrente di rete a prezzo ridotto e accumularla in previsione di un picco di carico, o se per contro prelevare energia dal sistema di accumulo per coprire il fabbisogno visto che a breve sarà disponibile corrente di rete a prezzo conveniente per ricaricare le batterie. Indipendentemente da queste riflessioni, inoltre, oggi è possibile finanziare i sistemi di accumulo in tutti i casi in cui i prezzi di partenza sono sufficientemente elevati.

Volker Wachenfeld: I sistemi commerciali di accumulo sono fondamentalmente più slegati dall’applicazione fotovoltaica rispetto alle soluzioni di storage domestiche. Mentre in campo residenziale l’attenzione si concentra sulla massimizzazione dell’autoconsumo (ovvero sulla necessità di armonizzare fra loro le dimensioni dell’impianto fotovoltaico, la capacità di accumulo e i consumi elettrici), nel settore commerciale la struttura dei prezzi dell’energia assume un ruolo notevolmente più importante per quanto riguarda il dimensionamento. Di conseguenza, anche a livello tecnico gli impianti saranno realizzati in maniera tendenzialmente indipendente dalla produzione decentralizzata. A volte può avere senso installare un impianto di generazione con uno storage ridotto, mentre altre volte può essere più indicato l’esatto contrario. In fondo, talvolta il sistema potrebbe funzionare addirittura in assenza del fotovoltaico a condizione che le differenze di prezzo all’interno della tariffa variabile oppure il prezzo della potenza impegnata siano sufficientemente elevati. Per quanto riguarda il mercato dell’integrazione, come in tutti gli altri segmenti dobbiamo considerare che gli impianti fotovoltaici sono stati generalmente collegati alla rete in tempi di generose retribuzioni per l’immissione. Di conseguenza l’integrazione dell’accumulo negli impianti fotovoltaici esistenti sarà per il momento ancora limitata. Slegando maggiormente l’impianto di generazione dal sistema di accumulo, il gestore può tuttavia scegliere in maniera completamente indipendente. Faccio un passo avanti: gli impianti di accumulo esistenti verranno integrati con il fotovoltaico quando i prezzi di acquisto nel mercato in questione aumenteranno maggiormente e i costi di produzione fotovoltaica continueranno a scendere a lungo termine. Si profileranno diversi modelli e la nostra soluzione dovrà di conseguenza essere flessibile.

6. I sistemi di accumulo in corrente alternata sono più efficienti delle soluzioni in corrente continua

Volker Wachenfeld: Per gli impianti di dimensioni notevoli nel settore commerciale ciò è sicuramente vero. Questi sistemi vengono infatti dimensionati principalmente sulla base del fabbisogno energetico dell’azienda, e in particolare del suo profilo di carico. Parametri importanti come la capacità di accumulo e le dimensioni dell’impianto fotovoltaico dipendono fortemente dalla singola applicazione: per questo la flessibilità a livello di dimensionamento è uno dei principali requisiti. Solo i sistemi in corrente alternata consentono l’adeguamento a quasi tutte le configurazioni di impianto personalizzate. In questo modo è possibile realizzare sistemi con diverse capacità di accumulo e allo stesso modo diverse dimensioni dell’impianto fotovoltaico. Specialmente per gli impianti più grandi, la connessione in corrente continua richiederebbe l’associazione di una batteria dedicata a ciascun inverter fotovoltaico, caratteristica che aumenterebbe notevolmente gli oneri per l’installazione delle batterie.

Nick Morbach: La connessione dell’accumulo in corrente continua costituisce un limite alla flessibilità dell’impianto sia per quanto riguarda le performance sia sotto il profilo del luogo d’installazione. Per assicurare una durata utile ottimale delle batterie conviene installarle in un punto riparato (ad esempio all’interno di un edificio), raramente nelle vicinanze dell’inverter fotovoltaico. In questo modo si riducono anche i costi di investimento per il sistema stesso di accumulo, visto che a seconda delle condizioni ambientali non è necessario dotare ogni batteria di un involucro speciale con un’elevata classe di isolamento.

7. Non c’è UN UNICO produttore di batterie

Volker Wachenfeld: Gli sviluppi sul mercato dello storage seguono al momento un ritmo estremamente elevato. Ogni anno vengono lanciate sul mercato nuove generazioni di celle. Da parte nostra osserviamo questo sviluppo con grande attenzione e valutiamo ogni volta di nuovo quale produttore offre la soluzione più allettante per i nostri sistemi. In questo caso un eventuale vincolo ad un singolo partner costituirebbe per noi una forte limitazione. Per questo motivo abbiamo standardizzato l’interfaccia fra batteria è inverter e siamo aperti alla collaborazione con praticamente tutti i produttori di batterie.

Nick Morbach: Anche sotto questo profilo l’attenzione si concentra sulla flessibilità. Specialmente per i nostri clienti del segmento industriale abbiamo bisogno di soluzioni flessibili ed esaminiamo pertanto con grande precisione quale sia il tipo di batteria più adatto per ciascun impianto al fine di consentire un dimensionamento ottimale dello stesso.

Foto in alto: Azienda lattiera in California sfrutta il fotovoltaico per l’approvvigionamento elettrico.L’impianto fotovoltaico fornisce corrente conveniente pulita con la quale i gestori dell’azienda lattiera riescono già oggi a coprire l’86% del proprio fabbisogno energetico. Un sistema di accumulo aggiuntivo potrebbe ottimizzare ulteriormente il profilo di consumo riducendo i picchi di fabbisogno o spostandoli negli orari di carico leggero. Una soluzione di storage garantirebbe ad esempio l’approvvigionamento elettrico della mungitrice anche in caso di blackout.