L'utilizzo dell'energia solare durante la ricarica diurna dei veicoli elettrici può ridurre lo stress e il prelievo di energia dalla rete elettrica. Tuttavia, la funzionalità smart è essenziale e deve andare oltre la consueta riduzione della potenza disponibile presso le colonnine.
Stazioni di ricarica fotovoltaiche, tra ostacoli e soluzioni
Stazioni di ricarica alimentate dal fotovoltaico e progettate per un uso ottimizzato dell’energia. Questa la ricetta che può assicurare all’e-mobility europea (e non solo) uno sviluppo efficiente e sostenibile. A spiegarne le dimensioni tecniche, economiche, ambientali e sociali è il report “PV-Powered Electric Vehicle Charging Stations: Requirements, barriers, solutions and social acceptance” della IEA PVPS. Il documento analizza in dettaglio le sfide tecnologiche, normative e infrastrutturali legate all’integrazione del fotovoltaico con la ricarica dei veicoli elettrici, sottolineando la necessità critica di soluzioni avanzate in grado di adattarsi dinamicamente ai diversi fattori in gioco.
Secondo le ultime proiezioni dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), i veicoli elettrici sono destinati a diventare la norma nel futuro a medio termine. Si prevede che, con l’attuale quadro politico, la quota di mercato di tali veicoli nelle vendite annuali sia destinata a passare dal 20% del 2024 al 40% nel 2030, per un totale di 250 milioni di EV in circolazione, ovvero quattro volte il numero registrato alla fine dello scorso anno. Con un grandissimo contributo da parte della Cina dove già ora 1 auto su 10 di quelle in circolazione è elettrica.
Le tipologie di ricarica
L’enorme diffusione di questi veicoli solleva interrogativi sulla loro ricarica e sull’impatto sulla rete elettrica pubblica. E se da un lato la capacità della rete potrebbe non essere un problema, dall’altro la ricarica simultanea di molti veicoli apre diversi interrogativi. Il rischio maggiore? Che si creino congestioni locali, soprattutto nelle ore di punta. Tutto dipende dal tipo di ricarica.
Esistono diversi approcci in tal senso:
- Ricarica non controllata: Il veicolo si ricarica immediatamente alla massima potenza fino a quando la batteria è piena o viene scollegato. Questo scenario è il peggiore perché mette a dura prova la rete e contribuisce ai picchi di carico.
- Ricarica ritardata: La ricarica viene posticipata per avvenire durante i periodi di bassa richiesta e basso costo, a condizione che l’utente comunichi in anticipo la durata della sosta.
- Ricarica media: L’EV viene caricato a potenza costante, calcolata in base al tempo di sosta e alla carica richiesta, senza dover ricorrere alla massima potenza.
- Ricarica intelligente: L’utente fornisce informazioni su tempo di sosta e carica desiderata. La gestione della stazione di ricarica usa queste informazioni per ottimizzare la ricarica e ridurre i costi, controllando i profili di ricarica. Questo approccio può essere combinato con la produzione di energia da fonti rinnovabili.
Quest’ultimo caso, un’infrastruttura intelligente basata sulle rinnovabili, richiede la creazione di microgrid che integri le FER, sistemi di accumulo, gestione della potenza in tempo reale e sistemi di comunicazione.
Impatto sulla rete elettrica
Lo studio sull’impatto mostra come il consumo energetico dei veicoli elettrici non rappresenti un problema per una rete ben sviluppata, quanto lo sia piuttosto la potenza richiesta dai mezzi stessi, specialmente durante le ore di punta. Anche nello scenario più ottimistico e senza considerare i terminali di ricarica ultraveloce (superiori a 100 kW) già esistenti, si registra un impatto significativo: oltre il 18,5% della potenza totale installata. Il comportamento degli utenti si conferma pertanto un parametro chiave per questo problema.
In tutto ciò un ruolo di primo piano lo ha sia l’uso esteso dell’energia solare che la ricarica intelligente. Le stazioni di ricarica smart alimentate dal fotovoltaico permettono da un lato di ridurre la dipendenza dalla rete (oltre il 35%) e dall’altro di regolare la potenza e i tempi di ricarica in base alla disponibilità dell’energia solare, della domanda e alle preferenze dell’utente.
Per tali infrastrutture le interfacce uomo-sistema (HSI) risultano essenziali per personalizzare i servizi e fornire informazioni, come la frequenza delle sessioni di ricarica, i profili di carico degli EV, il consumo di energia FV e i report sulla sostenibilità. Le HSI sono cruciali per comunicare con gli utenti e informarli sulla distribuzione dell’energia (se proviene dalla rete, dal fotovoltaico o da un sistema di accumulo).
“Un controllo in tempo reale, basato su un algoritmo di ottimizzazione della gestione energetica, massimizza i benefici dell’energia fotovoltaica e minimizza i costi totali, pur soddisfacendo le richieste degli utenti tramite HSI. Basato sui tempi di partenza previsti dagli utenti, il controllo in tempo reale può ricaricare completamente la batteria dell’EV massimizzando l’uso dell’energia fotovoltaica. A seconda dell’orario di partenza, la maggior parte dei veicoli viene caricata con oltre l’80% di energia solare.”
Valutazione globale di costi e impatto ambientale
Per valutare il costo complessivo e l’impronta di carbonio delle stazioni di ricarica fotovoltaiche lo studio ha impiegato una specifica metodologia di calcolo LCA (Life Cycle Assessment). Nel dettaglio i ricercatori hanno sviluppato una metodologia in tre fasi per valutare i benefici quantitativi. Il lavoro ha così proposto uno strumento che regola il costo di investimento delle stazioni di ricarica alimentate dal fotovoltaico in base al tipo e al numero di pannelli, al numero di terminali e alla capacità di accumulo, permettendo di dimensionare in modo ottimale il sistema e simulare le modalità operative per massimizzare l’uso dell’energia solare.
Per un ciclo di vita di 30 anni, il costo globale include circa il 40% di costi di investimento e il 49% di costi di manutenzione.
L’impronta di carbonio risulta invece da 1,5 a 10 volte inferiore rispetto alle stazioni di ricarica tradizionali, a seconda del mix energetico della rete elettrica.
