Analisi energetica ed economica di utenze residenziali : confronto tra sistemi di distribuzione in AC e DC

The work conducted in this thesis has the purpose to investigate the potential benefits that a household costumer could have from both an energetic and economical point of view considering a DC configuration, with respect to an interface with the traditional AC distribution system. Moreover this study has been extended in order to consider the effects of the integration of photovoltaic plants and energy storage systems by the end-users. First of all the most widespread household appliances have been researched and descripted, with specific attention to their feasibility on being fed by DC networks. In addiction, both removable converters from the household appliances and the converters employed for the interface of the costumers to the grid, depending on the different configurations considered (from the user totally/partially fed in DC to a DC microgrid). In order to examine the load profiles of typical household costumers connected to an AC distribution system, a software on Matlab has been realised: it is able to evaluate daily power profiles (and also the associated power conversion losses of the converters employed) of each user and of all costumers, considering different days. Furthermore, it is able to energetically compare different DC configurations studied depending on power conversion losses saved with respect to the corresponding AC configuration. Taking into account the results of that energetic analysis, an economical comparative study has been developed on the potential earnings that the different DC configurations could take to the household costumer. Considering those final results it can be said that there is a clear convenience for active users, that is provided with generation plants, to choose a DC configuration to power the household; however, those benefits are less evident for a passive user, without any generation plant.

Il lavoro di studio portato avanti dalla tesi si propone di investigare i potenziali benefici che l’utente domestico potrebbe avere dal punto di vista energetico ed economico se configurato con sistemi in DC rispetto alla configurazione tradizionale con interfacciamento alla rete di distribuzione esercita in AC. Lo studio è stato, inoltre, ampliato considerando l’integrazione di impianti fotovoltaici e sistemi d’accumulo nelle abitazioni. Innanzitutto sono state ricercate e descritte le più diffuse tipologie di elettrodomestici impiegate nell’ambito domestico, con particolare riferimento alla loro predisposizione ad essere alimentate in DC. Inoltre sono stati descritti sia i convertitori eliminabili dagli elettrodomestici che i convertitori utilizzabili per l’interfacciamento dell’utenza alla rete secondo le differenti soluzioni impiantistiche che sono state considerate, dall’utenza totalmente o parzialmente alimentata in DC ad una micro-rete in DC. L’analisi dei profili di carico delle utenze allacciate al sistema di distribuzione in AC è stata sviluppata grazie alla realizzazione di un codice di elaborazione dati su Matlab in grado di valutare i profili di potenza (e le relative perdite energetiche associate ai convertitori impiegati) di ogni utente e dell’aggregato su un arco temporale di più giorni. Il software realizzato è in grado anche di comparare energeticamente le varie configurazioni impiantistiche in DC studiate in base alle perdite di conversione risparmiate rispetto alla configurazione in AC. Dai risultati ricavati si è eseguita un’analisi economica sui potenziali guadagni che le differenti soluzioni in DC porterebbero all’utente. Dai risultati finali emerge una chiara convenienza per gli utenti attivi (dotati quindi di impianti di generazione) a scegliere una configurazione impiantistica in DC della propria abitazione; la convenienza è meno evidente, invece, nel caso di utenze passive.