IL PROGETTO SCUOLA NEL CAMPUS DELL UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA: DIMOSTRATORI E RISULTATI

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Valentino Erico Spina
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1 IL PROGETTO SCUOLA NEL CAMPUS DELL UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA: DIMOSTRATORI E RISULTATI Daniele Marioli e Alessandra Flammini (Università degli Studi di Brescia)

2 Università degli Studi di Brescia 1982, ~15000 studenti, ~500 docenti e ricercatori 4 aree (Med, Ing, Jus, Eco), 8 Dipartimenti Spedali Civili, CSMT Health&Wealth@Unibs Università al servizio del benessere Ambiente Stili di vita Invecchiamento della popolazione Tecnologie per la salute 2

3 Ambiente ed Unibs Tutela dell ambiente (aria, acqua, suolo), energie rinnovabili e risparmio energetico Investimenti strutturali pregressi Parchi fotovoltaici on-grid (124 kw, 62 kw) Teleriscaldamento, teleraffrescamento Nuovi Laboratori di Ateneo (2016) B+ Labnet (Clima, Aria, Suolo, Acqua) ~ ,00 elux (energy Laboratory as University expo) ~ ,00 (ad integrazione di SCUOLA) 3

4 elux + Living Lab Building Smart Photovoltaic module (supercap.) Smart Electric Vehicle Cognitive Building Distributed Sensing Smart Campus elux Photovoltaic with Storage ( office lifestyle) Smart Controllers Virtual Lab Photovoltaic with Storage ( home lifestyle) 4

5 Utente domestico FV 4,5 kw, auto elettrica, sistema di ricarica (Wallbox) Sistema di monitoraggio in cloud consumi principali elettrodomestici Logica anti-scatto locale (Wallbox) per l ottimizzazione della potenza disponibile ed evitare sovraccarichi Logica di ottimizzazione dei flussi energetici (EMS) in funzione del profilo d uso impostato dall utente (max comfort o min costo) Previsione di produzione del FV Gestione intelligente della ricarica App e Web-App per monitoraggio da remoto e interazione con il sistema Dimostratore domestico 5

6 Smart Campus S-3,PV-3,BESS-1 Laboratori, aule Batteria ai sali fusi Office-like Ricarica veicolo LV-POD, BESS-2 Residenza Batteria al Litio Home-like POD Point of Delivery S-i Substation PV Photovoltaic BESS Battery Energy Storage System 6

Il dimostratore Residenze ex-emiliani Residenze studentesche CEDISU residential-like Aule studio, palestra, sala polifunzionale, aule informatiche per i residenti, 2-3 uffici

7 Il dimostratore Residenze ex-emiliani Residenze studentesche CEDISU residential-like Aule studio, palestra, sala polifunzionale, aule informatiche per i residenti, 2-3 uffici Consumi serotini superiori (+15kW) Impianto Fotovoltaico da 64 kwp Sperimentazione di accumulo in AC sul lato post-produzione Vista aerea del sito di sperimentazione Ex-Emiliani 7

quadro di potenza con relative protezioni Accumulo elettrico agli ioni di litio (LiFePO 4 ) da 25.2 kwh e 13.

8 Accumulo elettrico in retrofitting Impianto FV esistente (64 kwp) in quarto conto energia Inserzione di batteria per time shifting (circa 2h) Time-shift di circa 2 ore Il sistema di accumulo agli ioni di litio: unità di accumulo e relativi inverter bidirezionali, sistema di controllo e quadro di potenza con relative protezioni Accumulo elettrico agli ioni di litio (LiFePO 4 ) da 25.2 kwh e 13.8 kwp Sistema di controllo: controllore locale per la gestione degli inverter e controllore centrale di impianto (CCI Thytronic) per il controllo e supervisione di FV + accumulo e protezioni 8

Sistema di Monitoraggio e Controllo Monitoraggio ed

campo (temperatura, irradianza, vento per falda)

accumulatori Prime valutazioni degli indici di

9 Sistema di Monitoraggio e Controllo Monitoraggio ed acquisizione di più di 60 parametri: sensori di campo (temperatura, irradianza, vento per falda) Sensori di flusso di energia Parametri inverter, accumulatori Prime valutazioni degli indici di prestazione del sistema Consumi e produzione Controllore della batteria 9

Il dimostratore Modulo Modello CAD del sito di sperimentazione «Modulo» Edificio aule e laboratori Office-like Impianto termico (teleriscaldamento e teleraffrescamento) Nuovo Impianto FV 10 kwp

10 Il dimostratore Modulo Modello CAD del sito di sperimentazione «Modulo» Edificio aule e laboratori Office-like Impianto termico (teleriscaldamento e teleraffrescamento) Nuovo Impianto FV 10 kwp (Eclipse) Sistema accumulo elettrico a sali fusi (Na-NiCl 2 ) da 23.5 kwh e 20 kwp (Manca installazione contatori fiscali) Monitoraggio ambientale indoor (temperatura, qualità dell aria) Sistema di Power Quality Sistema di controllo dei consumi elettrici e dell accumulo Stazione meteorologica (Irradianza, UV, T, RH%, vel. e direzione vento, precipitazioni) Colonnina di ricarica per veicoli elettrici da 22 kw Sperimentazione di Smart-PV Modules 10

Modulo: LCPVT e Smart-PV Module Layout di progetto dello Smart-PV

concentrazione Stazione di test in condizioni reali di funzionamento

test in condizioni reali di funzionamento di: LCPVT Module: Modulo

installare (test elettronica di controllo) Smart-PV Module: modulo PV

compensazione di fluttuazioni a breve termine (circa mezz ora),

11 Modulo: LCPVT e Smart-PV Module Layout di progetto dello Smart-PV Module LCPVT: modello CAD del modulo FV termico ibrido a concentrazione Stazione di test in condizioni reali di funzionamento dei prototipi di Smart- PV ed LCPVT Module Progetto, realizzazione e test in condizioni reali di funzionamento di: LCPVT Module: Modulo fotovoltaico termico ibrido a bassa concentrazione (CIFE), da installare (test elettronica di controllo) Smart-PV Module: modulo PV (250Wp) con accumulo integrato a supercapacitori (147Wh) per compensazione di fluttuazioni a breve termine (circa mezz ora), dotato di elettronica dedicata per applicazioni nell ambito delle Smart Grid (CIFE-UniBS-A2A), fase di test 11

12 Risultati preliminari Test Smart-PV L elettronica di potenza, comprensiva della logica di controllo e della sezione di comunicazione, è stata testata in laboratorio mediante un carico controllabile, emulando il modulo FV mediante un generatore di corrente L efficienza di conversione totale dell elettronica di potenza è risultata compresa fra il 90 ed il 92.5 % Efficienza parziale dello stadio di conversione dedicato alla gestione di FV ed accumulo Efficienza di conversione totale dell elettronica di potenza, comprensiva dello stadio di boost a 350 V 12

13 Modulo: FV e accumulo elettrico FV silicio policristallino 10 kwp Eclipse (5x8 pannelli, 2 stringhe) Inverter di stringa SIEL per FV Simulazione mediante modellazione CAD degli ombreggiamenti (Progetto) Inverter bidirezionale SIEL dedicato al sistema di accumulo e relativa logica Controllore Centrale di Impianto (Thytronic) e sensori per l automazione elettrica Sistema di accumulo ai sali fusi (Na-NiCl 2 ) 13

Modulo: monitoraggio ambienti (a) (b) (c) (d) Esempi di sensori

«modulo»: (a) Sensori Temperatura, Umidità, Illuminazione (b)

automatizzati Sperimentazione di una rete di sensori wireless:

Illuminazione, Numero persone Totale dispositivi installati: 4

14 Modulo: monitoraggio ambienti (a) (b) (c) (d) Esempi di sensori del sistema di monitoraggio ambientale dei locali dell edificio «modulo»: (a) Sensori Temperatura, Umidità, Illuminazione (b) Sensori CO2 e VOC (c) Contapersone (d) Vista di uno dei laboratori automatizzati Sperimentazione di una rete di sensori wireless: Temperatura, Umidità, CO2, composti organici volatili, Illuminazione, Numero persone Totale dispositivi installati: 4 Gateway Z-Wave 34 Sensori 2 Laboratori informatici con alimentazione prese banchi controllata 14

Modulo: power quality Monitoraggio dei consumi elettrici dell impianto termico

monitoraggio e controllo dei consumi Sperimentazione di un sistema di

carichi elettrici dell edificio Totale Installazione: 16 Analizzatori di rete

15 Modulo: power quality Monitoraggio dei consumi elettrici dell impianto termico Monitoraggio dei consumi elettrici installati in quadro elettrico Smart plug per monitoraggio e controllo dei consumi Sperimentazione di un sistema di monitoraggio dei consumi e della qualità dell'energia elettrica associata ai carichi elettrici dell edificio Totale Installazione: 16 Analizzatori di rete con interfaccia Modbus/TCP 30 Smart Plug, per il monitoraggio ed il controllo di prese elettriche 15

Indici di consumo dell edificio Potenza (kw) 40 30 20 10 Misura del consumo totale dell

Lun 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Giorno 5% 17% Analisi dei consumi elettrici del

16 Indici di consumo dell edificio Potenza (kw) Misura del consumo totale dell edificio Potenza attiva e reattiva Misurata ogni 15 minuti 0 Mar Merc Giov Ven Sab Dom Lun Giorno 5% 17% Analisi dei consumi elettrici del sistema di climatizzazione: 28% 27% 10% 13% UTA1 UTA2 UTA3 UTA4 UTA5 Ventilconvettori 16

Modulo: colonnina di ricarica smart Colonnina di ricarica veloce e veicolo in ricarica 1 Colonnina di Ricarica (A2A) Totale potenza: 44 kw 2 punti di ricarica Connessione Wi-Fi con EIS 1 Autovettura

17 Modulo: colonnina di ricarica smart Colonnina di ricarica veloce e veicolo in ricarica 1 Colonnina di Ricarica (A2A) Totale potenza: 44 kw 2 punti di ricarica Connessione Wi-Fi con EIS 1 Autovettura elettrica: Renault Zoe Totale batterie: 22 kwh Autonomia: 220 km Potenza di ricarica: 44 kw Sperimentazione di un sistema di monitoraggio e gestione di un punto di ricarica per veicoli elettrici in funzione della produzione e consumo di energia elettrica all'interno del campus L energia erogata dalla colonnina è controllata da algoritmi di controllo distribuiti in cloud NB: in Italia max. potenza ricarica 22 kw, primi dati diversi di autonomia 17

18 Il controllo del veicolo elettrico Potenza Attiva (kw) Riduzione a 14 kw Tempo (minuti) Diversi consumi dell auto a diversi regimi di utilizzo Velocità (km/h) :16:48 08:31:12 08:45:36 09:00:00 Ora (hh:mm:ss) Modulazione della potenza di ricarica del veicolo a 14 kw Dopo 13 minuti si toglie la limitazione di potenza e si torna alla potenza nominale di 22 kw Durata totale del test: 41 min SoC (%) :16:48 08:31:12 08:45:36 09:00:00 Ora (hh:mm:ss) 18

19 e molto altro verrà presentato a Brescia il 4 Ottobre! Grazie per l attenzione! 01/07/2016 Dimostratori UniBS Installazioni e Risultati 19

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