AC vs. CC in edifici residenziali dotati di accumulo Solar-plus

I ricercatori della Chalmers University of Technology in Svezia hanno confrontato il potenziale di risparmio energetico dei sistemi di distribuzione di corrente alternata (CA) e corrente continua (CC) per edifici residenziali dotati di sistemi fotovoltaici e di accumulo di batterie. In particolare, hanno esaminato se le configurazioni DC potessero portare a minori perdite di energia.

"Un aspetto derivato dal lavoro è che potremmo presentare un risparmio di perdite modellato con distribuzione CC per un clima nordico con - in media - minore irradianza", ha detto il ricercatore Patrik Ollasrivista PV. "Inoltre, l'effetto - e la comprovata necessità - del fotovoltaico e dell'accumulo di batterie per ottenere risparmi energetici con DC."

Per l'analisi delle prestazioni giornaliere e stagionali delle due topologie, gli scienziati hanno utilizzato un set di dati dell'intero anno sull'utilizzo del carico, la generazione FV, le caratteristiche di efficienza dipendenti dal carico dei convertitori elettronici di potenza (PEC) e lo stoccaggio della batteria. Hanno preso in considerazione le configurazioni CA e CC per un edificio con un impianto di accumulo solare da 3,6 kW orientato a sud con un angolo di inclinazione di 45 gradi. Presumevano che l'edificio avesse spazio e riscaldamento dell'acqua calda sanitaria tramite una pompa di calore geotermica.

"Sono state ottenute misurazioni individuali per i seguenti apparecchi: pompa di calore geotermica, ventilazione, pompe dell'acqua e generazione di fotovoltaico", hanno affermato gli scienziati, osservando che la domanda di carico annuale è di 6.354 kWh, con fotovoltaico che genera 3.113 kWh. "Questo studio è stato eseguito per un edificio collegato alla rete; per l'interazione con la rete era necessario un convertitore CA/CC bidirezionale".

Il lavoro ha considerato quattro diverse topologie di sistema: AC—230 VAC con efficienza dipendente dal carico, DC1—380 VDC con efficienza dipendente dal carico, DC2—380 VDC con efficienza del convertitore fissa e DC3—380 e 20 VDC con efficienza dipendente dal carico.

"Un livello di sottotensione di 20 VDC è stato aggiunto a DC1 e DC2 per fornire i carichi più piccoli e l'illuminazione attraverso un convertitore DC/DC centrale", ha affermato il team di ricerca.

Hanno scoperto che le perdite del convertitore bidirezionale differiscono in modo significativo se modellate con caratteristiche di efficienza fisse e dipendenti dal carico. Hanno anche scoperto che la topologia DC potrebbe ottenere risparmi energetici anche senza l'inclusione di fotovoltaico o accumulo di batterie.

"Le perdite del convertitore collegato alla rete utilizzando un approccio a efficienza costante (DC2) sono state inferiori del 34% rispetto a quelle nel caso dell'implementazione dell'efficienza dipendente dal carico (DC1)", hanno affermato. "I valori di efficienza del sistema dei rispettivi sistemi (AC e DC1−3) erano rispettivamente 95,3, 94,3, 95,8 e 93,7 percento."

Il gruppo ha concluso che la configurazione CC non rappresentava un'opzione favorevole in termini di riduzione delle perdite senza l'inclusione di un sistema fotovoltaico e di batterie.

"In un contesto più scientifico, è stato evidenziato l'errore di utilizzare efficienze costanti sia per la batteria che per il convertitore elettronico di potenza", ha concluso Ollas. "Inoltre, i risparmi più significativi sono stati ottenuti quando l'energia fotovoltaica è stata fornita ai carichi direttamente o tramite l'accumulatore di batterie. Riconosco che la distribuzione CC negli edifici è un'applicazione di nicchia e si trova in una situazione di Catch-22 per quanto riguarda la fornitura di prodotti e domanda. Tuttavia, alcuni casi particolari potrebbero essere interessanti per questo, ad esempio reti CC interne con accoppiamento FV, batteria ed EV ed edifici per uffici con una buona correlazione tra FV e domanda di carico."

I ricercatori hanno presentato le loro scoperte in "Energy Loss Savings Using Direct Current Distribution in a Residential Building with Solar Photovoltaic and Battery Storage", che è stato recentemente pubblicato suEnergie.