Smart Panel for Smart Grids Giorgio Grasso Direttore Fondazione CIFE

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1 Smart Panel for Smart Grids Giorgio Grasso Direttore Fondazione CIFE 1 1

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3 Problemi associati alle fonti rinnovabili ed in particolare al fotovoltaico: Intermittenza Difficoltà nella predizione della fornitura Molti impianti di taglia piccola e media distribuiti sul territorio e connessi con la rete di media e bassa tensione La soluzione proposta per gestire questa nuova situazione è la «SMART GRID» 3 3

4 SMART GRID E una rete elettrica che integra in modo intelligente le azioni di tutti gli utenti ad essa connessi, si tratti di generazione, consumo o tali funzioni combinate, al fine di distribuire energia elettrica sostenibile in modo efficiente, stabile ed economico. 4 4

5 La «SMART GRID» Source : Progetto «SCUOLA» 5 5

6 Gli elementi di accumulo «Storage is the Holy Grail of Smart Grid» (NREL) Al fine di ridurre gli impatti negativi di intermittenza e imprevedibilità delle sorgenti rinnovabili è cruciale l utilizzo di elementi di accumulo dell energia prodotta. L accumulo dell energia può essere effettuato in due modi: Grandi nodi di accumulo centralizzati quali idroelettrico a pompa/turbina, aria compressa in cavità sotterranee, ecc. Piccoli centri di accumulo distribuiti sul territorio in prossimità dei punti di generazione (batterie, supercondensatori, volani, ecc.) 6 6

7 Impianto fotovoltaico domestico In un impianto fotovoltaico tradizionale: Solo il 30% dell energia prodotta è utilizzato in loco (autoconsumo) il resto è immesso in rete o perso Solo il 15 % - 20 % dell energia solare è sfruttato per produrre energia, il resto non è utilizzato 7 7

8 Impianto fotovoltaico domestico «SMART» All interno del concetto generale di «Smart Grid» il sistema energetico domestico «Smart» dovrà : Aumentare l utilizzo in loco dell energia prodotta Aumentare la capacità di produzione locale di energia Per fare questo la rete domestica dovrà : Avere un elemento di controllo locale (Energy Manager) che gestisce la generazione e le utenze tramite un software che riceve informazioni sulle condizioni ambientali locali, sulle previsioni atmosferiche locali, sulle esigenze domestiche e si coordina con i livelli gerarchici sovrastanti della Smart Grid. Avere una capacità di accumulo locale dell energia elettrica prodotta Generare ed accumulare acqua calda per Usi sanitari e riscaldamento domestico Utilizzo di sistemi di «Solar Cooling» per condizionamento estivo riducendone il consumo di elettricità Generazione di corrente tramite motori termici (es macchina di Stirling) o Nanoantenne (INR) 8 8

9 Impianto fotovoltaico domestico «SMART» Accumulo elettrico Allineamento produzione - consumo Accumulo termico Riscaldamento Raffrescamento estivo (solar cooling) Generazione elettrica 9 9

10 Lo «SMART PANEL» In questo ambito viene proposta una soluzione di «Smart Panel». Lo SMART PANEL è un nuovo tipo di pannello fotovoltaico stazionario a concentrazione in grado di: Controllare il flusso di energia elettrica prodotta utilizzando: Un elemento di accumulo locale Una elettronica di controllo per: Ottimizzare il punto di lavoro Caricare e scaricare in modo ottimale gli elementi di accumulo Co-generare acqua calda utilizzando l energia solare incidente sul pannello e non convertita in energia elettrica. Questa co-generazione sarà favorita dall utilizzo di un sistema ottico a concentrazione stazionario che ne aumenta l efficienza e la temperatura massima raggiungibile

11 Concentratore flat stazionario Microinverter ed elettronica di controllo Serpentine di raffreddamento Accumulo integrato Vetro Celle alta efficienza 11 11

12 Smart Panel Elemento di accumulo PV panel DC/DC converter DC/DC converter SCU SCU Micro-Inverter Output Automatic control unit To energy box 12 12

13 Parametro Valore Unità Capacità di accumulo > 50 Wh/kg Potenza specifica 500 W/kg Range di temperatura C Vita utile Obiettivo di costo > ,5 Cicli /Wh 13 13

14 Come elementi di accumulo dell energia elettrica adatti ad un utilizzo nello Smart Panel si possono utilizzare: Batterie al Litio-Ittrio-Fosforo (LiYPO4) di nuova generazione, disponibili commercialmente Super-condensatori a doppio strato con elettrodi di Grafene/Nanotubi di Carbonio in sviluppo 14 14

15 LiYPO4 Supercondensatore Unità Capacità di accumulo 70 >80 Wh/kg Potenza specifica 200 >500 W/kg C 8000 > Cicli 0,5 <0,5 /Wh Parametro Range di temperatura Vita utile Obiettivo di costo 15 15

16 Valore Unità Efficienza di conversione >15 % Potenza termica 600 W/m2 Guadagno geometrico >4 Parametro Temperatura dell acqua in uscita C Capacità di accumulo elettrico 1,5 2,5 Wh/Wp Range di temperatura ambiente C >20 years 1,5 2 /W Vita utile Obiettivo di costo 16 16

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