Design of a photovoltaic system for a full electric residential building

The following thesis will deal with the design of a photovoltaic power plant in the contest of the renovation process of the electric and thermal system of an existing residential building with the aim of converting it into a full-electric system. Before going into the details about the considered project, the state of art of the photovoltaic electric systems and of the building thermal plant based on heat pumps will be discussed in order to point out the benefits that characterize the full-electric model. The first part of the report will be concluded with a paragraph about the Italian legislation that regulate this kind of technologies. After that, the thesis will focus on the different design criteria for what concerns photovoltaic power production plants and electric storage systems. In conclusion of the chapter, a synthetic analysis of the sizing process of a heat pump system will be discussed too, together with the guidelines to develop the analysis of the economical indices concerning this kind of plants. Subsequently, the discussion will skip to the design process of the considered project in which the previously exposed principles will be used and furtherly elaborated. In particular, the rules for the sizing and coupling of the electric components will be argued together with the formulas that allow to provide the energetic and economic output of the investment. Moreover, starting from the main case, the analysis will deal with different possible scenarios, evaluating each of them both from technical and economic perspective. In the last part the advantages and disadvantages of the different solutions will be studied in order to find the best option for the considered case. Finally, at the conclusion of the report, a study on the energy production of existing photovoltaic systems will be presented with the aim of explaining the importance of monitoring for an effective maintenance.

La tesi riguarderà la progettazione di un impianto fotovoltaico nel contesto della riqualificazione del sistema energetico di un edificio residenziale al fine di convertirlo in un sistema full-electric. Prima di entrare nei dettagli del progetto, sarà fornita una presentazione dello stato dell’arte dei sistemi di produzione elettrica fotovoltaica e degli impianti di condizionamento a pompa di calore. In tale contesto si inserisce, infatti, l’analisi dei benefici offerti dal modello full-electric. Nella prima parte dell’elaborato troverà spazio anche un’analisi della normativa in vigore nel nostro paese concernente questo genere di interventi. In seguito, l’elaborato si focalizzerà sui diversi criteri di configurazione e progettazione degli impianti fotovoltaici e dei sistemi di accumulo elettrico. A completamento di questa parte, si tratterà sinteticamente anche del dimensionamento dei sistemi a pompa di calore e si delineeranno le linee guida per l’analisi degli indicatori economici riguardanti questo genere di investimenti. Al termine di tale presentazione, i criteri analizzati verranno applicati per discutere la progettazione dell’intervento in esame. In particolare, l’elaborato illustrerà le regole di dimensionamento e accoppiamento dei componenti elettrici e le formule che permettono la previsione del rendimento energetico ed economico del sistema. A partire dal caso base, si studieranno le possibili modifiche all’impianto sia sotto il profilo tecnico sia dal punto di vista economico al fine di discutere i pro e i contro delle diverse soluzioni. A conclusione dell’elaborato, infine, verrà presentato uno studio sulla produzione energetica di impianti fotovoltaici esistenti con l’intento di spiegare l’importanza del monitoraggio nell’ottica di un efficace manutenzione.