L’energia rinnovabile sta diventando sempre più popolare tra i paesi da abbracciare e includere nella rete elettrica nazionale. Inoltre è sempre più una scelta per le piccole comunità e per i singoli individui. La capacità di generare la propria energia e di vivere senza dipendenza dalla rete elettrica pubblica è una scelta praticabile per molti.
Sistemi di alimentazione ibridi può integrare e catturare varie forme di energia naturale, tra cui solare, eolica e idrica, nonché collegarsi a generatori autonomi e alla rete elettrica pubblica. Questo articolo spiega come funzionano questi sistemi e quali scelte sono disponibili.
Sommario
La crescita del mercato dei sistemi di alimentazione ibridi
Un'introduzione ai sistemi di alimentazione ibridi
Componenti di un sistema di alimentazione ibrido
Come selezionare la giusta dimensione del sistema di alimentazione ibrido
Conclusioni
La crescita del mercato dei sistemi di alimentazione ibridi
I sistemi di alimentazione ibridi stanno diventando sempre più popolari in tutto il mondo, per le case che vedono flessibilità e risparmio sui costi nell’utilizzo dell’energia rinnovabile per ridurre al minimo la dipendenza da una rete pubblica sempre più costosa.
In molti paesi, vi è sostegno governativo e agevolazioni fiscali per le case che utilizzano sistemi di energia rinnovabile, e alcuni paesi riacquisteranno l’energia in eccesso dagli utenti, ove disponibile.
Il mercato globale dei sistemi di alimentazione ibridi era 2 miliardi di dollari nel 2022, e si prevede che cresca in modo molto positivo 10.4% tasso di crescita annuale composto (CAGR),da Da 2.4 miliardi di dollari nel 2023 a circa 4 miliardi di dollari entro il 2028. Le regioni dell'Europa e dell'Asia del Pacifico stanno mostrando la crescita più elevata, come mostrato nella tabella grafico sopra.
Un'introduzione ai sistemi di alimentazione ibridi
L’energia può essere generata da molte fonti naturali ed esiste la tecnologia per catturare e integrare tale energia a livello nazionale. Tuttavia, tutte queste tecnologie sono ora disponibili su piccola scala e possono essere utilizzate per aziende agricole, piccole comunità e persino per singole abitazioni.
La maggior parte delle persone ha familiarità con i pannelli solari installati sulle case per contribuire a generare energia per la casa. Coloro che vivono nelle fattorie potrebbero anche avere familiarità con l’uso delle turbine eoliche per produrre energia. E alcuni potrebbero utilizzare le vicine fonti d’acqua corrente per generare energia. Tutti questi sono mezzi molto consolidati per utilizzare fonti di energia naturali per integrare o fornire il completo fabbisogno di energia elettrica della casa.
Le case che utilizzano solo l'energia proveniente dalla rete di pubblica utilità sono chiamate "grid-tied" o "on-grid", mentre le case che generano da sole l'intero fabbisogno energetico e non utilizzano la rete pubblica sono chiamate "off-grid". . Le persone che vivono in aree isolate spesso vivono interamente fuori rete, per necessità o per scelta.
I sistemi di alimentazione ibridi, come il sistema da 5-10 Kw mostrato sopra, possono integrare l’elettricità generata da più fonti naturali. Se necessario possono combinarsi con altre fonti di energia come la rete pubblica e generatori di carburante autonomi. I sistemi possono passare da una modalità di rete all'altra a seconda delle fonti di energia disponibili.
I sistemi di energia ibridi possono utilizzare uno o più mezzi per catturare energia, con opzioni che solitamente sono pannelli solari fotovoltaici (PV) e turbine eoliche su piccola scala, ma possono anche includere mini turbine idroelettriche.
Per ciascuna fonte, l'energia viene catturata come corrente continua (CC) o come corrente alternata (CA). È regolato e immagazzinato come CC in un banco, o array, di batterie. Questa corrente continua viene quindi resa disponibile alla casa come corrente continua o convertendola in corrente alternata utilizzando un inverter, da cui può poi essere utilizzata dagli elettrodomestici secondo necessità.
Componenti di un sistema di alimentazione ibrido
La maggior parte disponibile in commercio sistemi di alimentazione ibridi sono comprensivi di soluzioni solari ed eoliche. Solitamente non includono altre soluzioni come generatori, soluzioni idroelettriche o altre forme di fornitura di energia come la biomassa. I sistemi che includono solo pannelli solari fotovoltaici e nessuna opzione per turbine eoliche sono solitamente pubblicizzati come sistemi “solari” ibridi.
I pannelli solari sono disponibili in una gamma di diverse dimensioni e potenze, da circa 100 watt fino a 700 watt per pannello. È normale costruire una serie di pannelli su un tetto, su uno spazio piatto o ad angolo rivolto verso il sole.
Le turbine eoliche sono disponibili in due versioni principali, di tipo orizzontale (elica) e di tipo verticale (frullino per le uova). Sono disponibili pacchetti di sistemi di alimentazione ibridi con entrambi i tipi di turbina.
Alcuni fornitori fissano i prezzi dei loro pacchetti partendo da un prezzo iniziale e da un prezzo finale che dipende dal numero di pannelli solari, turbine eoliche e potenza del controller e dell'inverter.
Il controller di potenza e l'inverter
Il "cuore" del sistema di alimentazione ibrido sono il controller e l'inverter.
Il ruolo principale di inverter di potenza ibrido consiste nel convertire la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). La rete elettrica pubblica utilizza la corrente alternata poiché questa è la corrente più efficiente per la trasmissione a distanza. Anche la fornitura elettrica domestica è AC, così come la maggior parte degli elettrodomestici.
Tuttavia, i pannelli solari fotovoltaici generano corrente continua instabile, mentre le turbine eoliche e idrauliche generano energia alternata instabile. Le batterie di accumulo utilizzano la corrente continua come il modo più efficiente per trattenere la corrente. Pertanto il sistema deve essere in grado di stabilizzare l'energia ricevuta e di convertirla in corrente continua per l'immagazzinamento. Questo è il lavoro di controllore di potenza ibrido.
La potenza di stabilizzazione e conversione può essere gestita con un controller separato, come nello schema off-grid del fornitore sopra riportato di a sistema ibrido eolico e solare, che mostra un controller ibrido eolico/solare che alimenta la batteria. L'energia immagazzinata nella batteria viene poi convertita in corrente alternata dall'inverter che alimenta gli elettrodomestici.
Tuttavia, alcuni inverter moderni funzionano sia come controller che come inverter e possono anche fornire funzionalità di gestione avanzate, come il reporting dei dati su cloud e computer.
Nello schema sopra di un sistema di alimentazione ibrido, tutta l'alimentazione si collega direttamente all'inverter, comprese le fonti rinnovabili (energia verde), la rete pubblica e il generatore domestico. IL inverter di potenza ibrido regola la corrente proveniente da tutte le diverse fonti, la immagazzina e vi accede quando necessario per l'approvvigionamento domestico.
I moderni inverter intelligenti forniscono una gestione flessibile dell'energia per:
- controllare la tariffa per le energie rinnovabili,
- immagazzinare l'energia in un array di batterie,
- monitorare e segnalare i livelli di carica della batteria,
- commutare l'utilizzo tra la rete pubblica e le batterie,
- convertire la corrente CC immagazzinata in corrente CA,
- fornire elettricità alle applicazioni domestiche,
- restituire l'energia in eccesso alla rete pubblica
- fornire dati in tempo reale al cloud e ai computer locali.
Gli inverter a onda sinusoidale pura producono una corrente CA altamente stabilizzata che corrisponde alla corrente della rete pubblica. Ciò è necessario per fornire energia pulita e affidabile di alta qualità agli elettrodomestici, molti dei quali contengono componenti elettronici sensibili.
Array di batterie agli ioni di litio
Qualunque sia l'energia catturata, deve essere immagazzinata per essere utilizzata quando necessario. Questo viene fatto con una serie, o banco, di batterie agli ioni di litio. Lo stoccaggio delle batterie è disponibile in molte forme, dalle batterie più semplici “legate insieme” con un cavo, ai moderni armadietti puliti che non sembrano fuori posto in casa e consentono anche il monitoraggio remoto.
La quantità di stoccaggio della batteria richiesta dipenderà dai requisiti di consumo energetico domestico dell'utente e dalla misura in cui l'utente desidera rimanere indipendente dalla rete locale. Maggiore è la potenza immagazzinata, maggiore sarà l’elettricità disponibile per l’utilizzo off-grid.
Si batteria impilata e array di inverter ha un aspetto pulito che lo rende adatto per l'interno della casa. È impilabile e configurabile in multipli di strati di batteria da 5 Kw e si presenta come un sistema all-in-one insieme a un inverter e uno strato di controller. Con quattro strati di batteria, può fornire 20 kilowatt di potenza all'ora a casa. Le prestazioni e i livelli della batteria possono essere monitorati tramite i display LED nonché online tramite cloud e computer. Il prezzo parte da circa 749 dollari e dipenderà dal numero di strati di batteria ordinati.
Come selezionare il giusto sistema di alimentazione ibrido
Scelte per la cattura dell'energia rinnovabile
Quando si seleziona un sistema di energia ibrido, la prima decisione dovrebbe essere quali tipi di energia rinnovabile si intendono installare, con i sistemi più completi che includono eolico e solare, e se il sistema sarà off-grid o ibrido.
Sono disponibili molti sistemi che offrono scelte di turbine eoliche e pannelli solari. Controllare la potenza nominale (in kilowatt) che il sistema è destinato a produrre, sia per i componenti eolici che per i pannelli solari.
Se è necessaria anche l'energia idroelettrica o un generatore locale, l'acquirente deve verificare eventuali problemi di connettività con il fornitore. Se il sistema deve connettersi alla rete di pubblica utilità, l’acquirente dovrebbe avere ben chiaro se l’energia dovrà provenire principalmente da energie rinnovabili o principalmente dalla rete pubblica, e come il sistema passerà dall’una all’altra.
Capacità dell'inverter
La decisione su un inverter è determinata dalla quantità di energia che deve essere utilizzata dalla casa in un dato momento.
L'acquirente dovrebbe calcolare la domanda massima di energia simultanea prevista e la quantità di energia probabilmente necessaria su base oraria. Ad esempio, quanti apparecchi diversi verranno utilizzati contemporaneamente e quali saranno?
La cucina è un esempio di forte richiesta poiché la maggior parte degli elettrodomestici da cucina vengono utilizzati contemporaneamente e possono assorbire fino a 3 Kw individualmente. L'inverter deve avere una capacità di Kw all'ora (Kwh) sufficiente per soddisfare le esigenze più estreme, altrimenti l'inverter può essere sovraccaricato.
Controller, accumulo di energia e array di batterie
La decisione sulla capacità del controller e della batteria è determinata dalla quantità di energia che deve essere raccolta e immagazzinata. L’acquirente dovrebbe calcolare la quantità di stoccaggio della batteria necessaria su base giornaliera e stimare dove (e quando) verrà generata tale energia.
Ad esempio, se vengono utilizzate le turbine eoliche, qual è la probabile quantità di energia generata durante il giorno in una giornata ventosa media? Quale quantità di luce solare saranno in grado di catturare i pannelli solari fotovoltaici e durante quali ore di luce? Se si intende utilizzare la rete di pubblica utilità, lo farà in orari specifici, ad esempio non di punta?
La scelta del controller deve essere adeguata alle diverse fonti di energia e la capacità della batteria deve essere adeguata a tutte le probabili esigenze durante il giorno, tenendo conto di quando è probabile che avvenga la ricarica della batteria.
Assistenza fornitori
Il tuo fornitore dovrebbe essere in grado di aiutarti con i calcoli e potrebbe offrirti un foglio di calcolo per aiutarti a stimare le esigenze giornaliere, inclusi i picchi per la cattura di energia e i picchi per il consumo di energia.
Di solito si pianifica l'utilizzo in kilowatt, in base all'utilizzo giornaliero e simultaneo calcolato. Le bollette mensili, divise per un importo giornaliero, possono fornire l'utilizzo medio complessivo e quindi lo spazio di archiviazione complessivo richiesto.
Dovresti però cercare anche i picchi di utilizzo. L'ora dei pasti è un momento di punta comune e diversi elettrodomestici di uso comune hanno un elevato fabbisogno energetico. Forni, microonde, bollitori elettrici, friggitrici ad aria e tostapane sono tutti esempi che possono utilizzare tra 1 e 4 Kw, quindi quando tutti sommati insieme danno il probabile consumo di energia simultaneo. Ricordarsi inoltre che è possibile utilizzare contemporaneamente altri apparecchi. Riscaldamento domestico, riscaldamento dell'acqua, amplificatori di potenza, TV e WiFi domestico e ricarica per auto elettriche. Anche tutti questi usano energia.
Potenza in eccesso e feedback di rete
Se il modello di costo è quello di generare un’eccedenza di offerta che possa essere reimmessa nella rete di pubblica utilità, allora la stima deve includere tale eccedenza, poiché ciò potrebbe richiedere ulteriori turbine eoliche o pannelli solari.
Quando si installa un sistema di alimentazione ibrido, è importante tenere presente che è necessario sostenere un costo iniziale elevato prima di poter ottenere un risparmio sui costi. Le turbine, i pannelli fotovoltaici, il controller, l’inverter e il sistema di batterie possono essere costosi, più i costi di installazione e un importo aggiuntivo per la manutenzione periodica.
Il ritorno sull’investimento può richiedere anni, anziché mesi, quindi il sistema previsto non deve solo rientrare nel budget, ma anche considerare i costi correnti.
Conclusioni
La disponibilità di sistemi di alimentazione ibridi su piccola scala consente al mercato residenziale di sfruttare al meglio diverse fonti di energia rinnovabile, combinate con la rete di pubblica utilità. I sistemi tipici sono dotati di turbine eoliche verticali o orizzontali adatte all'uso domestico. Questi sistemi sono inoltre dotati di pannelli solari fotovoltaici che possono essere comodamente posizionati sul tetto.
È disponibile un’ampia scelta di sistemi di alimentazione ibridi, che includono i componenti principali di controller di potenza ibridi, inverter, array di batterie di accumulo e software di monitoraggio intelligente. L'acquirente dovrà avere ben chiaro il proprio fabbisogno energetico, quanto è necessario per generarlo e quanto è necessario per essere utilizzato dalla casa in qualsiasi momento.
I sistemi di alimentazione ibridi richiedono un investimento iniziale nelle apparecchiature e nell’installazione e l’acquirente deve essere consapevole che è probabile che il ROI venga distribuito su un lungo periodo. Il fornitore dovrebbe essere in grado di assistere con i calcoli per determinare la giusta dimensione del sistema e una gamma di scelte può essere trovata presso lo showroom online all'indirizzo Chovm.com.
