Una delle prime case ad essere ancorata. Attestazione:Fraunhofer ITWM
La quantità di energia prodotta da fonti rinnovabili varia e diminuisce. Il Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM ha trovato una soluzione intelligente per queste fluttuazioni. I suoi scienziati hanno sviluppato un innovativo sistema di gestione dell'energia che collega i sistemi fotovoltaici, batterie, pompe di calore e auto elettriche per alimentare singole famiglie o interi quartieri con energia rinnovabile prodotta localmente.
Le case galleggianti sono state a lungo un elemento fisso dei paesaggi urbani nei Paesi Bassi. Molti abbelliscono i corsi d'acqua di Amsterdam, ma un nuovo quartiere della città presenta una specie di casa galleggiante che non ha niente a che fare con la tradizionale casa galleggiante olandese. Dotato di un sofisticato sistema di alimentazione rinnovabile, queste 30 case trasportate dall'acqua sono in gran parte autosufficienti. Il gestore della rete ha posato un'unica linea elettrica condivisa per la comunità della banchina. Questo feed a banda stretta funge da backup per fornire alimentazione remota nei giorni nuvolosi.
Un sistema di gestione per le comunità energetiche
L'Istituto Fraunhofer per la matematica industriale ITWM e i suoi partner in un progetto ERA Net Smart Grids Plus chiamato "Grid Friends" hanno sviluppato il sistema di gestione dell'energia che consente questo tipo di autonomia. "Ci siamo basati sul nostro sistema di gestione dell'energia per le singole case per sviluppare un sistema per intere comunità energetiche, " afferma il project manager Matthias Klein. "Controlla impianti fotovoltaici e pompe di calore, e ricarica le batterie della casa e delle auto elettriche, supportando così anche l'accoppiamento settoriale." Fornire energia sufficiente a tutti nel quartiere, sempre, anche nei giorni bui e senza sovraccaricare la linea elettrica condivisa con la rete pubblica, non è una questione semplice.
L'insediamento idrico nel nord di Amsterdam è completo da settembre 2019. Credit:Isabel Nabuurs
La struttura di questo sistema di gestione dell'energia è modulare:ogni modulo può essere installato singolarmente. Collettivamente, fungono da hub energetico comunale. Questo hub analizza sempre la situazione per determinare dove deve andare l'energia. I 30 impianti fotovoltaici, le pompe di calore e le batterie installate ciascuna nelle singole case del quartiere di Amsterdam funzionano come un unico grande sistema. Un esempio calzante:i residenti della Casa A sono in vacanza, quindi assorbe pochissima elettricità. Il consumo in casa B sta aumentando, forse perché i suoi residenti stanno dando una festa.
Il sistema di gestione reindirizza l'energia solare della casa A per coprire le esigenze della casa B, l'idea è quella di sfruttare al meglio l'energia locale e ricavare la minor quantità possibile di energia remota dalla rete pubblica. Il sistema attinge alla batteria domestica quando fuori è buio e l'unità solare non genera elettricità. Può farlo da casa a casa.
Il modulo batteria
Il sistema di gestione dota ogni modulo di intelligenza discreta. Questo ha diversi vantaggi. Uno è che i controller intelligenti delle batterie domestiche consentono ai sistemi fotovoltaici di funzionare alla loro piena capacità. Questo è insolito. La legge limita l'alimentazione degli impianti fotovoltaici nelle giornate molto soleggiate. Altrimenti, la potenza degli impianti installati sovraccaricherebbe la rete. Questo è il motivo per cui le unità fotovoltaiche standard devono essere strozzate proprio quando il sole è più luminoso e potrebbero generare molta elettricità. Il sistema di gestione dell'energia risolve questo problema reindirizzando l'elettricità in eccesso che gli operatori di rete non vogliono acquistare, e conservarlo nella batteria di casa per un uso successivo.
Un modello di previsione aumenta l'efficienza di queste batterie. Il modello fattorizza le previsioni del tempo nella sua equazione predittiva. Primo, determina quanta energia dovrebbero produrre gli impianti fotovoltaici nelle ore a venire, e quanto calore è probabile che venga consumato. Quindi applica i risultati di questi calcoli per regolare lo stoccaggio. Per esempio, i sistemi fotovoltaici funzionano a meno della piena capacità quando il cielo mattutino è nebbioso. Se si prevede che il tempo si schiarisce entro il pomeriggio in modo che l'output dei sistemi debba essere limitato, il sistema di gestione dell'energia non inizierà ad accumulare energia al mattino, invece aspettando più tardi per caricare le batterie. In altre parole, piuttosto che seguire la pratica standard di caricare le batterie con il primo kilowattora di elettricità prodotta durante il giorno, questo sistema attende che sia disponibile più energia. Le batterie saranno ancora completamente cariche entro la sera, ma senza che l'energia solare vada sprecata.
Il sistema di gestione dell'energia del Fraunhofer ITWM si chiama Amperix®; myPowerGrid è una piattaforma per microgrid e comunità energetiche. Attestazione:Fraunhofer ITWM
Il modulo per l'elettromobilità
Anche le batterie delle auto elettriche devono essere ricaricate, e il momento migliore per farlo è quando i sistemi fotovoltaici generano molta elettricità. Però, una batteria scarica non è una vista gradita per i conducenti che hanno bisogno di fare commissioni urgenti. "I residenti possono determinare i livelli minimi di ricarica per le loro auto semplicemente facendo clic su un'app, " dice Klein. Il cinquanta percento può essere sufficiente per chi ha bisogno dell'auto solo per una corsa veloce a fare la spesa. Il sistema ricarica la batteria al livello specificato dal proprietario quando l'auto è collegata. Se necessario, ricorrerà all'energia elettrica della rete pubblica. Il sistema continuerà a caricare oltre questo livello se fuori c'è il sole. Altrimenti, aspetterà fino a quando la produzione di energia riprenderà per ricaricare la batteria. I vantaggi sono duplici. Per uno, questo "autoconsumo" solare abbatte la bolletta elettrica. Per l'altro, ogni watt di energia in eccesso che viene instradato alle batterie locali anziché esportato alleggerisce il carico di energia della rete pubblica.
Un'opzione non solo per le grandi comunità
Questi moduli possono anche essere distribuiti individualmente e adattati alla data applicazione. "C'è già una base installata permanente di 60-70 dei nostri sistemi che vanno da abitazioni private e mense a intere aziende e un impianto di trattamento delle acque reflue. Mentre il sistema di Amsterdam sposta la potenza di picco fino a 250 kilowatt, le versioni industriali in vigore finora controllano 150 kilowatt, " dice Klein. Wendeware AG, uno spin-off Fraunhofer ITWM, vende il sistema dall'inizio del 2019.
