Progettazione di un impianto fotovoltaico con accumulo a batteria per applicazioni residenziali

This thesis describes a methodology for the design of photovoltaic systems with storage for residential applications. After a general introduction on the background and a description of photovoltaic technology and storage batteries, the thesis analyzes in detail all the design steps, from the preliminary site analysis to the drafting of the design documents required for the authorization and construction of the plant. Different design approaches are described that can be used depending on the characteristics of the site that will host the plant, the electrical loads to be met, and the needs of the plant owner. The thesis also describes a methodology for evaluating the cost-effectiveness of the intervention, which includes a detailed assessment of the savings resulting from the installation of the plant in the case of access to the On-Post Exchange. The described methodology is applied for the design and techno-economic assessment of a photovoltaic system with storage to be installed on the roof of a building located in Milan. The application of the described design criteria leads to a plant configuration characterized by 28 photovoltaic modules, each with a rated power of 440 Wp, and a 10.2 kWh battery pack. The results of the annual analysis on hourly basis show that the photovoltaic system with storage allows 54.5 % of the annual electricity demand to be met; in addition, 16.8 % of the demand is sold to the external grid and then imported from the grid. The economic analysis shows that considering the October 2021 energy price, the construction of the plant is not economically profitable. On the contrary, considering the average energy price during August-September 2022, the investment has a payback time of about 6 years and an internal rate of return of about 17%.

Questa tesi descrive una metodologia applicabile per la progettazione di impianti fotovoltaici con accumulo per applicazioni residenziali. Dopo un’introduzione generale sul contesto e una descrizione della tecnologia fotovoltaica e delle batterie per l’accumulo, la tesi analizza in dettaglio tutte le fasi della progettazione, dall’analisi preliminare del sito alla redazione degli elaborati di progetto necessari per l’autorizzazione e la realizzazione dell’impianto. Vengono descritti diversi approcci di progettazione che possono essere utilizzati a seconda delle caratteristiche del sito che ospiterà l’impianto, dei carichi elettrici da soddisfare e delle volontà ed esigenze del committente. La tesi inoltre descrive una metodologia per la valutazione della convenienza economica dell’intervento che include una valutazione dettagliata del risparmio conseguente all’installazione dell’impianto nel caso di accesso allo Scambio sul Posto. La metodologia descritta è applicata per la progettazione e l’analisi tecno-economica di un impianto fotovoltaico con accumulo da installare sul tetto di un edifico sito a Milano. L’applicazione dei criteri di progettazione descritti porta a una configurazione impiantistica caratterizzata da 28 moduli fotovoltaici, ciascuno dalla potenza nominale di 440 Wp, e da un pacco batterie da 10,2 kWh. I risultati dell’analisi annuale su base oraria mostrano che l’impianto fotovoltaico con accumulo permette di coprire il 54,5% del fabbisogno elettrico annuo; inoltre, il 16,8% del fabbisogno viene ceduto alla rete esterna e poi importato dalla stessa rete. L’analisi economica ha mostrato che considerando il prezzo dell’energia di Ottobre 2021 la realizzazione dell’impianto non è economicamente conveniente. Al contrario, considerando il prezzo dell’energia medio nel periodo Agosto-Settembre 2022, l’investimento ha un tempo di ritorno di circa 6 anni e un tasso interno di rendimento di circa il 17%.