Nei sistemi di generazione di energia fotovoltaica distribuita si vedono spesso espressioni diverse come grid connesso, off grid e microgrid. Quali sono le loro caratteristiche? Quali sono le differenze? In realtà, rappresentano diversi sistemi di generazione di energia legati alla generazione di energia fotovoltaica distribuita. In questo articolo, non solo introduciamo le principali caratteristiche dei sistemi di generazione di energia connessi alla rete, dei sistemi di generazione di energia connessi alla rete, dei sistemi di generazione di energia di accumulo di energia off grid e delle microreti, ma li confrontiamo anche in termini di connessione con la rete elettrica, energia requisiti delle apparecchiature di storage, scenari applicativi e altri aspetti in una tabella di facile consultazione.
Sistema di generazione di energia connesso alla rete
Per sistema fotovoltaico connesso alla rete si intende un sistema fotovoltaico direttamente connesso alla rete elettrica pubblica. I componenti principali di questo sistema includono moduli fotovoltaici, inverter collegati alla rete, contatori bidirezionali e la rete elettrica stessa. La funzione degli inverter connessi alla rete è quella di convertire la corrente continua generata dai moduli fotovoltaici in corrente alternata, che viene poi fornita ai carichi locali. L'elettricità in eccesso viene rivenduta alla rete attraverso contatori bidirezionali.
Il sistema di generazione di energia connesso alla rete si basa sulla rete elettrica esterna e adotta una modalità di funzionamento di "autoconsumo spontaneo, connessione in eccedenza alla rete elettrica" o "connessione alla rete completa". In caso di interruzione di corrente, il sistema non funziona per impedire il riflusso di energia elettrica nella rete, che potrebbe rappresentare un pericolo per la sicurezza.
Sistema di generazione di energia fuori rete
I sistemi di generazione di energia off grid funzionano indipendentemente dalla rete elettrica e non sono collegati ad essa. È costituito da moduli fotovoltaici, inverter off grid, batterie e carichi. Questo sistema è completamente indipendente e non dipende dall'alimentazione della rete, adatto per aree remote senza copertura della rete o aree con frequenti interruzioni di corrente. I sistemi off-grid devono essere dotati di dispositivi di accumulo dell'energia, solitamente batterie, da utilizzare di notte o in condizioni di scarsa illuminazione.
I sistemi di generazione di energia off-grid non si basano sulla rete elettrica, ma si basano sulla modalità di funzionamento "immagazzinamento durante l'uso" o "immagazzinamento prima dell'uso" e non sono influenzati dalle interruzioni di corrente. Questo sistema ha flessibilità e manovrabilità superiori e deve essere dotato di dispositivi di accumulo dell’energia come batterie per immagazzinare l’elettricità generata durante il giorno per l’utilizzo notturno o in assenza di luce.
Sistema ibrido di accumulo e generazione di energia
I sistemi di generazione di energia ibrida con accumulo di energia sono ampiamente utilizzati in luoghi in cui si verificano frequenti interruzioni di corrente o dove l’autouso del fotovoltaico non può generare elettricità in eccesso per la connessione alla rete, dove i prezzi dell’elettricità per l’autouso sono molto più alti dei prezzi della connessione alla rete e dove i prezzi di punta dell’elettricità sono molto più alti dei prezzi dell’elettricità della valle.
Il sistema è costituito da moduli fotovoltaici, macchine solari ibride integrate, batterie, carichi, ecc. L'array fotovoltaico converte l'energia solare in energia elettrica sotto illuminazione e fornisce energia al carico e carica la batteria attraverso una macchina integrata con inverter a controllo solare; Quando non c'è luce, la batteria alimenta la macchina integrata con inverter a controllo solare, quindi alimenta il carico CA.
Rispetto ai sistemi di generazione di energia collegati alla rete, questo sistema aggiunge un controller di carica e scarica e una batteria. In caso di interruzione di corrente, l'impianto fotovoltaico può continuare a funzionare e l'inverter può passare alla modalità off grid per fornire energia al carico.
Microrete
Una microrete è una rete di distribuzione costituita da fonti di energia distribuite (come fotovoltaico ed energia eolica), carichi, sistemi di accumulo di energia e dispositivi di controllo. Rispetto all’integrazione su vasta scala di generazione, trasmissione, distribuzione e utilizzo di energia nella grande rete elettrica, le microreti realizzano principalmente il consumo in loco di energia rinnovabile distribuita e lo scambio di energia con la grande rete elettrica.
Le microreti possono funzionare come reti elettriche indipendenti o essere collegate alla rete elettrica principale per scambiare energia elettrica. I sistemi microgrid hanno caratteristiche di flessibilità ed efficienza, che possono promuovere l’integrazione su larga scala di fonti energetiche distribuite ed energia rinnovabile.
Nelle microreti, il controllo collaborativo tra la rete principale, le fonti di energia distribuita e i sistemi di accumulo dell’energia viene ottenuto attraverso sistemi di gestione dell’energia per attenuare le fluttuazioni dell’energia distribuita.
Tabella comparativa di vari sistemi
| Elementi di confronto | Sistema di generazione di energia connesso alla rete | Sistema di generazione di energia fuori rete | Sistema ibrido di accumulo e generazione di energia | Sistema di microrete |
| Rapporto di connessione con la rete elettrica | Il collegamento diretto alla rete elettrica pubblica può trasmettere l'elettricità in eccesso alla rete o ottenere elettricità dalla rete. | Completamente indipendente dal funzionamento della rete elettrica, non dipendente dalla rete elettrica esterna, adatto per aree senza copertura della rete elettrica. | Può essere collegato alla rete elettrica o funzionare in modo indipendente durante le interruzioni di corrente, con due modalità di funzionamento: connesso alla rete e fuori rete. | Può essere collegato alla rete elettrica esterna e funzionare in modo indipendente quando necessario, raggiungendo l’autosufficienza energetica nella regione. |
| La domanda di dispositivi di accumulo dell’energia | Di solito i dispositivi di accumulo dell’energia non sono necessari perché l’elettricità in eccesso può essere trasmessa direttamente alla rete. | I dispositivi di accumulo dell'energia (come le batterie) devono essere attrezzati per immagazzinare l'elettricità generata durante il giorno per l'utilizzo notturno o in assenza di luce. | I dispositivi di accumulo dell’energia devono inoltre garantire un funzionamento indipendente in assenza di una rete elettrica. | Potrebbe includere dispositivi di stoccaggio dell’energia per bilanciare l’offerta e la domanda di energia all’interno della regione e migliorare l’efficienza energetica. |
| Scenari applicativi | Adatto per edifici residenziali e commerciali in aree urbane e suburbane, nonché per impianti di energia solare su larga scala. | Adatto per zone remote e senza copertura della rete elettrica, come zone montuose e isole. | Adatto per zone con frequenti blackout o utenti che desiderano aumentare il proprio tasso di autosufficienza energetica. | Adatto a piccole aree come parchi industriali e campus universitari, permette l'autogestione e l'ottimizzazione dell'energia. |
| Complessità e costi del sistema | La struttura è relativamente semplice e il costo è basso poiché non sono necessarie apparecchiature per l'accumulo di energia. | La struttura è complessa e il costo è elevato e richiede apparecchiature di stoccaggio dell'energia e sistemi di controllo indipendenti. | La struttura è complessa e il costo è elevato e richiede inverter e dispositivi di accumulo dell'energia che funzionino sia in modalità collegata alla rete che fuori rete. | La struttura è la più complessa e costosa e richiede l'integrazione di più fonti energetiche, sistemi di accumulo dell'energia e complessi sistemi di gestione dell'energia. |
| Stabilità e affidabilità dell'alimentazione | L'alimentazione dipende dalla stabilità della rete elettrica e il sistema smetterà di funzionare anche durante le interruzioni di corrente. | L'alimentazione è completamente indipendente e non è influenzata dalla rete elettrica, ma è limitata dalle condizioni meteorologiche e dalla capacità di accumulo dell'energia. | Combinando i vantaggi della connessione alla rete e dell'off grid, può continuare a fornire energia durante le interruzioni di corrente, migliorando la stabilità e l'affidabilità dell'alimentazione elettrica | Può raggiungere un equilibrio tra fornitura e domanda di energia all’interno della regione, migliorando la stabilità e l’affidabilità dell’approvvigionamento energetico. |
Attraverso questa tabella, possiamo vedere visivamente le differenze nel rapporto di connessione con la rete, i requisiti delle apparecchiature di accumulo dell'energia, gli scenari applicativi, la complessità e i costi del sistema, nonché la stabilità e l'affidabilità dell'alimentazione elettrica per ciascun sistema di generazione di energia fotovoltaica. Questo ci aiuta a scegliere il tipo di sistema appropriato in base ai requisiti e alle condizioni dell'applicazione specifica.