Critical technical, economic, and environmental analysis of a domestic hybrid energy production system installed in Comano (CH)

This thesis presents a systematic analysis of various residential energy system configurations, ranging from conventional photovoltaic (PV) and battery setups to integrated solutions including hydrogen subsystems and air-to-water heat pumps for thermal energy recovery. The aim is to assess energy performance, environmental impact, and economic feasibility, identifying configurations that best balance efficiency, sustainability, and affordability. The “Casa Ticino” system was used as a validated reference model, providing reliable parameters in the absence of operational data from the Comano case study. Among the analyzed scenarios, Configuration A2 proved to be the most advantageous under current conditions, achieving high self-consumption and self-sufficiency levels with reduced costs and system complexity. Configuration D2, integrating a hydrogen subsystem and a 2 kW air-to-water heat pump, demonstrated enhanced energy autonomy and system resilience, albeit with higher initial investment. The results indicate that under present technological and economic conditions, PV-battery systems represent the most practical solution, while hydrogen integration, supported by future improvements in efficiency, cost reduction, and safety, could play a strategic role in achieving fully renewable and low-carbon residential buildings.

spaziando da soluzioni fotovoltaiche (PV) con accumulo elettrico a configurazioni integrate comprendenti sottosistemi a idrogeno e pompe di calore aria-acqua per il recupero termico. L’obiettivo è valutare le prestazioni energetiche, l’impatto ambientale e la fattibilità economica di tali sistemi, individuando il miglior equilibrio tra efficienza, sostenibilità e convenienza. Come riferimento di base è stato utilizzato il sistema “Casa Ticino”, che ha fornito parametri validati e affidabili in assenza di dati operativi del sistema reale di Comano. Tra le configurazioni analizzate, la Configurazione A2 è risultata la più vantaggiosa nelle condizioni attuali, offrendo elevati livelli di autoconsumo e autosufficienza con costi contenuti e ridotta complessità tecnica. La Configurazione D2, che integra un sottosistema a idrogeno e una pompa di calore da 2 kW, ha evidenziato un notevole incremento dell’autonomia energetica e della resilienza del sistema, pur richiedendo un investimento iniziale più elevato. I risultati mostrano come, nelle condizioni tecnologiche ed economiche attuali, le soluzioni PV-batteria rappresentino l’opzione più pratica, mentre l’integrazione dell’idrogeno, grazie ai futuri progressi in termini di efficienza e costi, potrà assumere un ruolo strategico nella transizione verso edifici residenziali pienamente rinnovabili e a basse emissioni di carbonio.