Urban-scale photovoltaic energy simulation for local energy planning: a case study

The transition towards low-carbon energy systems represents one of the most pressing challenges faced by contemporary society, with the building sector playing a central role due to its significant contribution to global energy consumption and greenhouse gas (GHG) emissions. In this context, municipalities emerge as key factor in urban scale energy planning. Among renewable technologies, photovoltaic (PV) systems offer a promising solution for urban environments due to their modularity, scalability, and suitability for rooftop integration. However, their effective deployment at the urban-scale requires simulation tools capable of assessing solar energy potential. Such tools are often characterized by high technical complexity, limited accessibility, and significant costs, which may restrict the active involvement of Public Administrations (PAs) and require the delegation of analyses to external experts. This thesis investigates the role of PV potential assessments as a support instrument for local energy planning, with a specific focus on small municipalities. A workflow based on a Multi-Criteria Analysis (MCA) is proposed to support PAs in the selection of the most suitable software according to their objectives and constraints. This workflow is then applied to a case study of a small municipality in Northern Italy, where two different software scenarios are implemented and compared. The study illustrates the setup procedures, modelling assumptions, and simulation outputs of the two selected software, highlighting their respective strengths and limitations. Furthermore, simulated PV production potentials are integrated with aggregated Electrical Energy (EE) use data, demonstrating how the combined use of production and consumption data can support more informed and targeted local energy planning decisions. Overall, the proposed methodology aims to bridge the gap between simulation tools and the practical needs of PAs.

La transizione verso sistemi energetici a basse emissioni di carbonio rappresenta una delle sfide più urgenti del giorno d’oggi, con il settore edilizio che svolge un ruolo centrale a causa del suo significativo contributo al consumo energetico e alle emissioni di gas serra globali. In questo contesto, i comuni emergono come attori chiave nella pianificazione energetica su scala urbana. Tra le tecnologie rinnovabili, i sistemi fotovoltaici offrono una soluzione promettente per gli ambienti urbani grazie alla loro modularità, scalabilità e idoneità all’integrazione sulle coperture degli edifici. Tuttavia, la loro effettiva diffusione su scala urbana richiede strumenti di simulazione in grado di valutare il potenziale dell’energia solare. Tali strumenti sono spesso caratterizzati da un’elevata complessità tecnica, da un’accessibilità limitata o da costi significativi, che possono limitare il coinvolgimento attivo delle pubbliche amministrazioni (PA) e richiedere la delega delle analisi ad esperti esterni. Questa tesi indaga il ruolo delle simulazioni del potenziale fotovoltaico come strumento di supporto alla pianificazione energetica locale, con un focus sui piccoli comuni. Viene dunque proposto un flusso di lavoro basato su un’analisi multicriterio (MCA) per supportare le PA nella selezione del software più adatto ai loro obiettivi e vincoli. Questo viene successivamente applicato ad un caso studio di un piccolo comune del Nord Italia, dove vengono implementati e confrontati due diversi software. Lo studio illustra dunque le procedure di configurazione, le ipotesi di modellazione e i risultati delle simulazioni dei due software selezionati, evidenziandone i rispettivi punti di forza e limiti. A seguire, i potenziali di produzione fotovoltaica simulati sono integrati con dati aggregati sul consumo energetico, dimostrando come l’uso combinato dei dati di produzione e consumo possa supportare decisioni di pianificazione energetica locale più informate e mirate. Nel complesso, la metodologia proposta mira a colmare il divario tra gli strumenti di simulazione e le esigenze pratiche delle PA.