Fotovoltaico intelligente 2023, cosa aspettarsi secondo Huawei
(Rinnovabili.it) – Cosa aspettarsi nel breve termine dall’industria solare? A rispondere è oggi il braccio “energetico” di Huawei, il colosso cinese attivo nell’ambito della telefonia e dell’informatica. La società ha tenuto in questi giorni una conferenza espressamente dedicata ai trend 2023 del fotovoltaico intelligente (pdf), condividendo le proprie intuizioni su evoluzione tecnologica, sicurezza e digitalizzazione. Il punto di partenza, come spiegato da Chen Guoguang, Presidente di Huawei Smart PV+ESS Business, sono le sfide ancora aperte. Mentre l’energia solare è chiamata a giocare un ruolo sempre più importante nel mix energetico, per il comparto rimangono diverse questioni da risolvere, dai progressi nella riduzione dell’LCOE fotovoltaico all’aumento della stabilità e flessibilità della rete elettrica. “Queste sfide portano anche opportunità”, ha sottolineato Chen approfondendo quelli che la società ritiene essere i dieci trend più importanti per il fotovoltaico smart.
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Fotovoltaico e batterie, accoppiata vincente
Man mano che aumenta la quota di energia rinnovabile non programmabile immessa in rete, la stabilità del sistema va ricalibrata. Per Huawei integrando fotovoltaico, accumulo e tecnologie di Grid Forming, possiamo costruire “generatori intelligenti” che utilizzano il controllo della sorgente di tensione anziché della corrente, fornendo un forte supporto inerziale e stabilizzando la tensione transitoria. “Ciò trasformerà il fotovoltaico da grid following a grid forming, contribuendo ad aumentare l’immissione in rete dell’energia solare”.
Alta affidabilità
L’alta potenza e l’affidabilità delle apparecchiature negli impianti solari costituiranno un trend del nuovo fotovoltaico intelligente. “Prendiamo ad esempio gli inverter fotovoltaici. Al giorno d’oggi la tensione CC degli inverter è aumentata da 1100 V a 1500 V. Con l’applicazione di nuovi materiali come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN), nonché la piena integrazione delle tecnologie digitali, di gestione termica e dell’elettronica di potenza, si stima che la densità di potenza degli inverter aumenterà di circa il 50% nei prossimi cinque anni e l’elevata affidabilità potrà essere mantenuta”.
Elettronica di potenza a livello di modulo (MLPE)
Sostenuto da favorevoli politiche di settore e dal progresso tecnologico, il fotovoltaico distribuito ha assistito a uno sviluppo esponenziale negli ultimi anni. “Stiamo affrontando sfide come come migliorare l’utilizzo delle risorse del tetto, garantire un elevato rendimento energetico e la sicurezza del sistema FV+accumulo. Pertanto, una gestione più sofistica è un must”. In un sistema fotovoltaico, l’elettronica di potenza a livello di modulo (module-level power electronics – MLPE) permette di migliorarne le prestazioni in determinate condizioni, aumentando controllo e gestione. Il dispositivo include micro inverter, ottimizzatori di potenza e sezionatori. “Poiché i sistemi fotovoltaici stanno diventando più sicuri e più intelligenti, si prevede che il tasso di penetrazione dell’MLPE nel mercato fotovoltaico distribuito raggiungerà il 20-30% entro il 2027”.
Accumulo energetico a livello di stringa stringhe
Rispetto alle tradizionali soluzioni di energy storage centralizzate, la soluzione di accumulo “Smart String” di Huawei adotta un’architettura distribuita e un design modulare. Utilizza tecnologie innovative e una gestione digitale intelligente per ottimizzare l’energia a livello di batteria e controllarla a livello di rack. Ciò si traduce in maggiore energia erogata e in un O&M più semplice.
Gestione puntale a livello di cella elettrochimica
Analogamente ai sistemi fotovoltaici che si spostano verso l’MLPE, anche le batterie al litio sono destinati ad approfondire il livello di gestione. “Solo una gestione sofisticata a livello di cella della batteria può far fronte meglio ai problemi di efficienza e sicurezza. Attualmente, il tradizionale sistema di gestione della batteria (BMS) può solo riassumere e analizzare dati limitati ed è quasi impossibile rilevare guasti e generare avvisi nella fase iniziale. Pertanto, il BMS deve essere più sensibile, intelligente e persino predittivo”.
Integrazione fotovoltaico+accumulo+rete
Le centrali elettriche virtuali (VPP) stanno diventando sempre più popolari in molti paesi. Questi impianti combinano enormi sistemi fotovoltaici distribuiti, accumuli e carichi controllabili e implementano una programmazione flessibile per le varie unità partecipanti. A questo livello, spiega la società, “possiamo integrare le tecnologie digitali, dell’elettronica di potenza e di accumulo dell’energia” per ottenere una gestione completa. “Le centrali elettriche virtuali possono gestire, far funzionare e scambiare in modo intelligente l’energia di enormi sistemi FV+accumuli distribuiti attraverso molteplici tecnologie tra cui 5G, intelligenza artificiale e tecnologie cloud”.
Alti livelli di sicurezza per il fotovoltaico intelligente
La sicurezza è la pietra angolare dello sviluppo fotovoltaico intelligente. “In un impianto solare, i guasti causati dal lato CC rappresentano oltre il 70% di tutti i danni registrabili. Pertanto, l’inverter deve supportare la disconnessione intelligente delle stringhe e il rilevamento automatico del connettore. Nello scenario fotovoltaico distribuito, la funzione AFCI (Arc Fault Circuit Breaker) diventerà una configurazione standard e la funzione di spegnimento rapido a livello di modulo garantirà la sicurezza del personale di manutenzione e dei vigili del fuoco”.
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Affidabilità
Oltre a portare benefici, i sistemi fotovoltaici comportano anche varie sfide, tra cui la sicurezza delle apparecchiature (es. stop prodotti per guasti) e quella delle informazioni (cyber attacchi). Per far fronte a queste minacce, le imprese e le organizzazioni devono stabilire un set completo di meccanismi di gestione di “sicurezza e affidabilità”.
Digitalizzazione
Gli impianti fotovoltaici convenzionali dispongono di una grande quantità di apparecchiature e mancano di canali di raccolta e comunicazione delle informazioni. La maggior parte delle apparecchiature non può “comunicare” tra loro, il che è molto difficile da implementare in una gestione sofisticata. “Con l’introduzione di tecnologie digitali avanzate come 5G, Internet of Things (IoT), cloud computing, tecnologie di rilevamento e big data, gli impianti fotovoltaici possono inviare e ricevere informazioni, utilizzando “bit” (flussi di informazioni) per gestire “watt” (flussi di energia). L’intero legame generazione-trasmissione-stoccaggio-distribuzione-consumo è visibile, gestibile e controllabile”.
Il ruolo dell’Intelligenza artificiale
Le tecnologie AI possono essere ampiamente applicate ai campi delle energie rinnovabili e svolgono un ruolo indispensabile nell’intero ciclo di vita di FV+accumulo, comprese le fasi di produzione, costruzione, di ottimizzazione e funzionamento. “La convergenza dell’intelligenza artificiale e delle tecnologie come il cloud computing e i big data si sta approfondendo e la catena di strumenti incentrata sull’elaborazione dei dati, la formazione dei modelli, l’implementazione e il funzionamento e il monitoraggio della sicurezza sarà arricchita”.