Come progettare un sistema di fotovoltaico e accumulo su tetto per C&I

La progettazione di un sistema di fotovoltaico e accumulo su tetto per C&I inizia con il progetto, non con la batteria.

Un sito commerciale o industriale può avere orari di funzionamento variabili, pianificazioni della produzione, picchi di domanda, carichi critici e limiti sull'importazione o esportazione dalla rete. Queste condizioni determinano come il sistema fotovoltaico, la batteria di accumulo, il PCS, l'inverter, il sistema di gestione energetica e l'infrastruttura elettrica dovrebbero funzionare insieme.

Per gli EPC, gli integratori di sistemi e i sviluppatori di progetti, il processo di progettazione dovrebbe quindi passare dai requisiti del sito alla architettura completa del sistema:

Dati del sito → Obiettivi del sistema → Progettazione PV → Ruolo della batteria → Architettura del sistema → Integrazione elettrica → EMS → Fattibilità del sito → Validazione del sistema

Questo approccio aiuta a evitare la selezione di componenti individuali prima che siano chiari i requisiti del sistema C&I completo.

1. Inizia con il carico del sito C&I e il profilo solare

Il primo passo è stabilire come il sito consuma elettricità e quando la generazione solare sarà disponibile.

Il consumo mensile di elettricità fornisce un punto di partenza utile, ma non indica quando si verifica la domanda. Per i progetti C&I, il team di progettazione deve esaminare il carico massimo del sito, il profilo giornaliero del carico, gli orari di funzionamento, i modelli feriali e festivi, gli orari di produzione e i carichi critici. Per i sistemi fotovoltaici esistenti, deve essere incluso anche il profilo effettivo di generazione solare.

Dati del progetto	Perché è importante
Carico massimo	Indica la domanda massima di potenza del sito
Carica profilo	Mostrato quando l'elettricità viene consumata
Ore di apertura	Mostra l'overlap tra la generazione fotovoltaica e la domanda del sito
Modelli feriali/festivi	Indica i cambiamenti nelle condizioni di funzionamento
Capacità fotovoltaica esistente o prevista	Definisce la generazione solare potenziale
Carichi critici	Indica i requisiti per il backup
Connessione alla griglia	Identifica le restrizioni di importazione ed esportazione

Nei casi in cui sono disponibili, i dati sul carico periodico possono rivelare modelli di domanda ricorrenti non visibili nelle cifre di consumo mensile.

Lo scopo di questo passo è stabilire il profilo di carico e di generazione che guiderà il resto del progetto del sistema.

2. Definire cosa deve raggiungere il sistema solare + batteria

Il passo successivo è definire gli obiettivi operativi del progetto.

Un sistema solare + batteria C&I può essere progettato principalmente per il consumo autonomo del sole, la riduzione della domanda di picco, l'ottimizzazione dell'uso nel tempo, la fornitura di energia di riserva o una combinazione di queste applicazioni.

La priorità è importante perché obiettivi diversi possono portare a requisiti del sistema diversi. Un sito focalizzato sull'autoproduzione solare potrebbe necessitare di spostare la produzione fotovoltaica in eccesso durante il giorno a periodi successivi. Un sito focalizzato sulla riduzione dei picchi potrebbe attribuire maggiore importanza alla capacità della batteria di rispondere a periodi specifici di alta domanda. Se è necessario un backup, il sistema deve anche preservare l'energia per i carichi critici.

Il team del progetto dovrebbe quindi concordare gli obiettivi principali di funzionamento prima di selezionare l'architettura del sistema.

La domanda fondamentale è: Cosa dovrebbe aiutare la batteria a realizzare nel sito?

Questa decisione costituisce la base per il design del PV e della batteria che segue.

3. Abbinare la capacità del fotovoltaico sul tetto al carico del sito

Una volta che gli obiettivi del progetto sono chiari, determina come il sistema fotovoltaico sul tetto dovrebbe contribuire a essi.

La capacità PV deve essere valutata in base al consumo elettrico diurno del sito, alla superficie disponibile del tetto, alla generazione solare prevista, alle variazioni stagionali dei carichi, ai limiti di esportazione in rete e alla domanda futura potenziale.

Il rapporto tra la produzione di energia fotovoltaica e la domanda del sito è particolarmente importante. Se la produzione fotovoltaica supera regolarmente il consumo sul posto, il progetto deve determinare se l'eccedenza può essere immagazzinata, esportata o deve essere ridotta. Se la domanda del sito rimane elevata durante la maggior parte delle ore di luce, una maggiore parte della produzione fotovoltaica potrebbe essere consumata direttamente.

Questo è il motivo per cui un rapporto PV-batteria fisso non è adatto a ogni progetto C&I. Il sistema PV dovrebbe essere valutato inizialmente nel contesto del carico del sito e delle condizioni della rete. Successivamente, la batteria può essere progettata intorno ai flussi di energia risultanti.

L'obiettivo è determinare il ruolo e la scala appropriati delle installazioni fotovoltaiche nel sistema energetico complessivo del sito, non per dimensionare la batteria a questo punto.

4. Definire il ruolo della batteria nel sistema C&I

Dopo che il ruolo PV è stato stabilito, determina cosa deve fare la batteria all'interno del sistema.

I requisiti principali sono la potenza e l'energia utilizzabile. La potenza si riferisce a quanto elettricità la batteria deve erogare o assorbire in un dato momento, mentre l'energia utilizzabile si riferisce a quanto energia è disponibile per l'applicazione prevista.

Ad esempio, una batteria che supporta la riduzione dei picchi deve disporre di una potenza di scarica sufficiente per rispondere ai picchi di domanda del sito. Una batteria utilizzata per spostare la generazione solare in eccesso potrebbe dare maggiore importanza alla quantità di energia utilizzabile disponibile nel periodo richiesto di funzionamento.

Le applicazioni di backup introducono un altro fattore da considerare: alcuna energia potrebbe necessitare di rimanere disponibile per carichi critici invece di essere utilizzata per l'operazione quotidiana normale.

La potenza della batteria richiesta e l'energia utilizzabile dovrebbero quindi essere determinate dagli obiettivi di funzionamento del sito e dal profilo di carico, piuttosto che dalla sola capacità fotovoltaica.

Per i progetti che richiedono una soluzione batteria sviluppata intorno a requisiti specifici di applicazione e integrazione, consulta Come specificare una batteria personalizzata per un sistema di accumulo energetico solare fotovoltaico.

5. Scegliere l'architettura del sistema PV + batteria

Con i ruoli PV e batteria definiti, la prossima decisione è come dovrebbero essere collegati nel sistema elettrico.

Architettura AC-accoppiata

In una configurazione AC-coupled, il sistema fotovoltaico e la batteria utilizzano attrezzature di conversione dell'energia separate e si collegano sul lato AC.

Questo può essere utile per molti progetti di riconversione perché un impianto fotovoltaico esistente e un inverter possono essere conservati mentre viene aggiunto un PCS batteria al sistema AC del sito.

Architettura a collegamento diretto

In una configurazione a couplaggio DC, fotovoltaico e accumulo della batteria sono integrati sul lato DC prima che la potenza venga convertita in AC.

Questo approccio può essere considerato quando PV e accumulo sono progettati insieme e l'architettura offre un vantaggio tecnico o economico appropriato.

La scelta tra accoppiamento AC e DC deve considerare lo stato del progetto come nuova costruzione o ristrutturazione, la configurazione dell'inverter esistente, i requisiti del flusso energetico, la strategia di controllo, l'infrastruttura elettrica e l'economia del progetto.

Per un sistema fotovoltaico esistente, il team di progettazione dovrebbe prima determinare se l'attrezzatura esistente può ospitare l'architettura di accumulo proposta. Per un nuovo progetto, le configurazioni AC e DC possono essere confrontate come parte del progetto complessivo del sistema.

L'architettura dovrebbe seguire i requisiti del progetto invece di essere selezionata in modo indipendente dalla progettazione del pannello solare e della batteria.

6. Verifica PCS, Inverter e Integrazione alla Rete

L'architettura selezionata deve poi essere verificata rispetto all'infrastruttura elettrica del sito.

Il PCS, il convertitore PV, la batteria, il trasformatore, il sistema AC e la connessione alla rete devono supportare i flussi di potenza previsti nei scenari operativi del progetto.

Ad esempio, il team di progettazione deve verificare che la capacità dell'inverter e del PCS disponibile sia coerente con l'operazione richiesta di carica e scarica. La tensione di funzionamento della batteria e i limiti di potenza devono inoltre essere compatibili con l'attrezzatura di conversione della potenza selezionata.

Per i progetti di riconversione, l'infrastruttura esistente può diventare un vincolo importante per il design. La capacità del trasformatore, i limiti di connessione alla rete, la capacità dell'inverter fotovoltaico esistente e i livelli di importazione o esportazione consentiti possono tutti influenzare come può essere integrata una nuova capacità di accumulo.

Le esigenze di protezione e comunicazione dovrebbero essere considerate anche come parte del progetto elettrico a livello di sistema.

La distinzione importante è che la capacità energetica della batteria non determina da sola la capacità di potenza del sistema completo.

Per considerazioni dettagliate sulla compatibilità tra batteria e inverter, vedere Come abbinare un inverter solare con una batteria LiFePO4.

7. Progettare la strategia di funzionamento del sistema EMS

Dopo che l'architettura elettrica è stata stabilita, definisci come il sistema funzionerà in condizioni diverse.

L'EMS coordina i flussi di energia tra la generazione fotovoltaica, i carichi del sito, la batteria di accumulo e la rete.

Ad esempio, quando la produzione di energia fotovoltaica supera la domanda del sito, il sistema EMS può indirizzare l'energia disponibile verso la carica delle batterie. Durante i periodi di alta domanda del sito, può controllare la scarica delle batterie in base agli obiettivi operativi del progetto. Se il progetto utilizza l'ottimizzazione in base al momento dell'uso, il sistema EMS può anche incorporare periodi operativi definiti e condizioni della rete.

Obiettivi multipli richiedono particolare attenzione. Una strategia che utilizza la batteria in modo aggressivo per il peak shaving potrebbe ridurre l'energia disponibile per il backup. Analogamente, massimizzare il consumo solare autoconsumato potrebbe non sempre allinearsi con un riserva di backup richiesta.

La strategia EMS dovrebbe quindi definire la priorità di funzionamento e le condizioni in base alle quali la batteria carica, scarica o mantiene la sua riserva di SOC.

L'EMS traduce gli obiettivi del progetto in comportamenti del sistema effettivi.

8. Verifica le restrizioni del sito e dell'installazione

Il sistema proposto deve inoltre adattarsi alle condizioni fisiche e ambientali del sito.

Il design deve considerare l'area disponibile per l'installazione della batteria, le condizioni interne o esterne, la temperatura ambiente, l'ambiente termico, il percorso dei cavi, lo spazio della stanza elettrica, l'accesso per la manutenzione e i requisiti di incendio e elettrici applicabili.

La conservazione della batteria non necessariamente deve essere installata sul tetto. In base alla progettazione del progetto e ai requisiti locali, un'area dedicata a livello del suolo o uno spazio elettrico adatto potrebbe offrire una posizione di installazione più pratica.

Queste restrizioni possono influenzare la posizione dell'attrezzatura, il percorso dei cavi, la gestione termica e a volte l'architettura complessiva del sistema.

Scopo di questo passo è confermare che il sistema proposto possa essere installato, messo in funzione e mantenuto nelle condizioni reali del sito.

9. Verifica del sistema solare + batteria C&I completo

Prima del rilascio, l'intero sistema dovrebbe essere validato come una soluzione integrata.

La revisione finale del design dovrebbe confermare che il sistema PV, la batteria, il PCS, l'inverter, il sistema di gestione energetica, la connessione alla rete e l'infrastruttura del sito possono funzionare insieme nei scenari previsti dal progetto.

Punti di validazione chiave includono:

• Assunzioni sulla generazione PV e sul carico del sito

• Alimentazione a batteria e energia utilizzabile

• Compatibilità tra PCS e inverter

• Logica di funzionamento di EMS

• Requisiti di riserva SOC

• Limiti per l'importazione e l'esportazione della griglia

• Protezione elettrica

• Condizioni del sito e dell'ambiente

Una sequenza di progetti pratica è:

Progettazione del sistema → Selezione dell'attrezzatura → Test di integrazione → Commissioning del sito → Validazione delle prestazioni

Lo scopo non è semplicemente verificare ogni componente individualmente. Si tratta di confermare che l'intero sistema Solar + Storage a batteria funzioni come previsto in condizioni operative reali C&I.

Conclusione

Un sistema di fotovoltaico e accumulo su tetto per C&I dovrebbe essere progettato partendo dagli obiettivi del sito e del progetto, invece di iniziare con un modello di accumulo o un rapporto fisso tra fotovoltaico e accumulo.

Il processo di progettazione complessivo è:

Dati del sito → Obiettivi del sistema → Progettazione PV → Ruolo della batteria → Architettura del sistema → Integrazione elettrica → EMS → Fattibilità del sito → Validazione del sistema

Questo approccio consente agli EPC, agli integratori di sistemi e ai sviluppatori di progetti di progettare intorno alla relazione effettiva tra la generazione fotovoltaica, il consumo del sito, l'operazione della batteria e i requisiti della rete.

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