Analisi del funzionamento reale e modello simulativo per il laboratorio sperimentale PVZEN = Real operation analysis and simulation model for the experimental laboratory PVZEN

In questo lavoro di tesi è stato preso come caso studio il laboratorio sperimentale per comunità energetiche PVZEN (PhotoVoltaic Zero Energy Network), installato presso Politecnico di Torino. Questa comunità energetica virtuale è basata sulla produzione fotovoltaica ed è costituita da hardware che consentono gli scambi di energia tra tre diverse unità. Ogni unità è costituita da moduli fotovoltaici, carico, batterie, inverter e collegamento con le altre unità e con la rete. Una caratteristica fondamentale di tale laboratorio è tutti i componenti sono configurabili ed allo stesso tempo comandabili. Lo scopo principale di questa tesi è quello di analizzare la logica di scambio di energia tra le unità, per massimizzare il più possibile l’autosufficienza e diminuire al minimo gli scambi con la rete. Nella prima parte della tesi, viene fatta una panoramica sulle comunità energetiche e sul rispettivo quadro normativo europeo ed italiano. Si presentano, poi, brevemente i concetti teorici alla base della tecnologia fotovoltaica ed infine una visione d’insieme sulle finalità di alcune logiche di controllo attuate in comunità energetiche già esistenti. Nella seconda parte della tesi, viene analizzata la logica di controllo, implementata nel laboratorio del PVZEN, che regola lo scambio dei flussi energetici e si presentano le varie configurazioni che possono essere applicate. In particolare, è stata analizzata prima la configurazione Master-Slave della microrete, dove esiste un unico punto di connessione con la rete, e poi la configurazione che prevede la connessione di tutte le unità in parallelo alla rete esterna. Le condizioni al contorno considerate prevedono di non immettere potenza in rete, di dare sempre precedenza all’utilizzo delle fonti rinnovabili e di condividere l’energia tra le diverse unità. Ad esempio, un’unità in surplus energetico può caricare le batterie di un’unità in deficit energetico. Successivamente, vengono analizzati i dati risultanti dall’attività di monitoraggio della comunità energetica, memorizzando in un database tutte le informazioni, con cadenza al minuto, relative i flussi energetici delle varie unità. Le più rilevanti, ai fini della tesi, sono la potenza richiesta dal carico, la produzione del fotovoltaico, la potenza delle batterie (in carica e scarica) e la potenza scambiata tra le unità. Grazie a queste grandezze, è possibile calcolare gli indicatori energetici di autosufficienza ed autoconsumo che consentono di valutare le prestazioni del sistema. Sono stati esaminati, poi, i risultati ottenuti dal funzionamento del sistema in diverse condizioni metereologiche e di flussi energetici, sia a livello giornaliero sia a livello mensile. In seguito, è stato sviluppato un modello virtuale equivalente del laboratorio. Lo scopo di tale modello è stato quello di poter eseguire inizialmente un confronto con i dati misurati sul laboratorio reale e condurre un’attività di diagnostica di eventuali scostamenti dal medesimo. Una volta validato il modello con i dati realmente misurati sul laboratorio, è stata effettuata un’analisi dei risultati, per confrontare il modello simulativo virtuale con il reale funzionamento del laboratorio. A margine di tale confronto, sono stati apportati dei miglioramenti al fine di avvicinare il più possibile il modello virtuale al laboratorio PVZEN. Infine, nella parte conclusiva, si dimostra l’accuratezza del modello virtuale, avendo riscontrato risultati molto simili a quelli realmente misurati.