Tendenze 2024 nel fotovoltaico: inverter e batterie.

Nel dinamico panorama dell'energia solare, il 2024 si presenta come un anno chiave per il settore del fotovoltaico, con una serie di nuove tendenze che stanno ridefinendo il futuro dell'energia sostenibile.

Da tecnologie innovative a cambiamenti nel panorama normativo, questo approfondimento esplorerà, grazie all’esperienza del team Inveco, le più recenti evoluzioni nel campo del fotovoltaico, offrendo uno scorcio sulle innovazioni che stanno plasmando l'industria e contribuendo a rendere sempre più accessibile e efficiente l'energia solare.

 

Analisi del Technology Provider Huawei.

 

Le tecnologie emergenti insieme alla necessaria transizione energetica porterà grande attenzione e propulsione sulla produzione di energia da fonti rinnovabili.

In questo scenario l’energia solare la farà da protagonista; ecco quali saranno i trend del settore fotovoltaico al 2025.

Secondo un’analisi di Huawei L’Unione Europea spinge sulla via verde alla crescita con il suo Green Deal: iniziative e finanziamenti che stimolino la transizione energetica verso le rinnovabili, che aiutino a contrastare i cambiamenti climatici e offrano alle persone valide possibilità di formazione e di riqualificazione nella green economy.

 

 

Si tratta di un’occasione imperdibile, supportata da un piano di investimenti che, complice anche la necessità di supportare la ripresa dopo l’emergenza sanitaria, sfociata in crisi economica e sociale senza precedenti – metterà sul piatto risorse finanziarie notevoli.

 

Un’occasione da non perdere e da sfruttare appieno.

 

In questo scenario, che impatterà i prossimi 5-10 anni, la produzione di energia da fonti rinnovabili assumerà un ruolo di primaria importanza all’interno del mix energetico continentale.

In particolare per l’energia solare, certamente la fonte energetica green più facilmente sviluppabile, si prevede un futuro brillante.

Proprio per questo, visto che molto probabilmente il solare rappresenterà una grande quota della produzione totale di energia verde, sarà fondamentale poterne garantire la sicurezza, l’affidabilità e un rapporto costi-benefici favorevole.

 

I trend del settore fotovoltaico in Italia

 

Nei prossimi dieci anni nel nostro Paese dovremo aggiungere 30GW di nuova capacità installata per poter raggiungere l’obiettivo prefissato dalla comunità internazionale: per riuscirci la tecnologia dovrà essere largamente utilizzata nella gestione degli impianti fotovoltaici.

Grazie alle tecnologie emergenti – l’intelligenza artificiale, il cloud, l’analisi dei big data e il 5G – che avranno certamente impatti significativi anche nel settore energetico, si possono prevedere almeno 10 trend del settore fotovoltaico in Italia.

La previsione, fornita da Huawei, azienda che conta oggi oltre 120GW installati in tutto il mondo attraverso i suoi inverter, ha preso in considerazione quattro fattori fondamentali:

> Il costo medio ponderato dell’energia elettrica (Lcoe).

> La compatibilità con la rete elettrica.

> La convergenza intelligente.

> La sicurezza e l’affidabilità.

 

Digitalizzazione degli impianti fotovoltaici.

 

Nonostante il mercato del fotovoltaico sia in rapida ascesa, ci sono ancora molti dispositivi obsoleti negli impianti fotovoltaici, sia per quanto riguarda la generazione energetica sia per le comunicazioni.

Questi dispositivi non possono essere efficacemente monitorati, né possono segnalare malfunzionamenti.
Con il rapido sviluppo di tecnologie digitali come 5G e cloud, si prevede che il 90% degli impianti fotovoltaici saranno totalmente digitalizzati entro il 2025, facendo sì che la loro gestione diventi semplice, intelligente ed efficiente.

 

Intelligenza artificiale e Fotovoltaico.

 

L’integrazione profonda dell’intelligenza artificiale nel fotovoltaico faciliterà il rilevamento reciproco e l’interconnessione tra i dispositivi, oltre a migliorare la produzione di elettricità e l’efficienza O&M attraverso l’ottimizzazione collaborativa.

L’intelligenza artificiale può offrire nuove vantaggiose opportunità per i sistemi fotovoltaici come l’identificazione proattiva e la prevenzione dei guasti del modulo fotovoltaico e degli inverter con algoritmi di diagnosi IA.

 

 

L’ottimizzazione dell’algoritmo di tracker per gestire grandi volumi di dati dell’impianto e l’autoapprendimento consentiranno rendimenti più elevati uniti alla sinergia di stoccaggio dell’energia solare assistito dall’IA, per ottimizzare automaticamente la redditività dell’impianto fotovoltaico.

Man mano che gli LCOE continuano a diminuire e di conseguenza aumenta la complessità dell’O&M, l’IA avrà un’alta probabilità di essere ampiamente impiegata negli impianti fotovoltaici.

Con la diffusione dell’IA e dell’Internet of Things (IoT) prodotti e servizi intelligenti renderanno più vantaggiosa l’intera soluzione fotovoltaica.

Con l’avvento di algoritmi di auto-apprendimento continuo, l’IA sarà ampiamente utilizzata per sostituire gli esperti di O&M in molte funzioni diagnostiche e decisionali.

L’ispezione tramite l’utilizzo di droni e l’O&M automatizzato, basato su robot, permetterà di gestire lavori di O&M pericolosi e ripetitivi che richiedono un elevato e continuo grado di precisione per una maggiore produttività e sicurezza negli impianti fotovoltaici.

 

Proiezioni dei costi di diminuzione batterie BESS e dati NREL

 

Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti ha aggiornato i costi a lungo termine dei Sistemi di Accumulo con batterie agli ioni di litio (BESS) al 2050, con costi potenzialmente dimezzati in un decennio.

Il laboratorio nazionale ha fornito l'analisi nelle sue "Proiezioni dei costi per lo stoccaggio di batterie su scala industriale: aggiornamento 2023, che prevede come cambieranno i costi capex BESS dal 2022 al 2050.

Il rapporto si basa su dati raccolti e proiezioni di numerose altre pubblicazioni, e utilizza l'esempio di un BESS agli ioni di litio (sistema 4 ore).

Anche una recente analisi di Bloomberg NEF ha rilevato che i costi BESS sono diminuiti del 2% negli ultimi sei mesi, dopo i picchi nel 2022.

Rispetto al 2022, il laboratorio nazionale afferma che i costi BESS diminuiranno del 47%, 32% e 16% entro il 2030 rispettivamente nelle sue proiezioni di segmento "basso", "medio" e "alto".

 Entro il 2050, i costi potrebbero diminuire rispettivamente del 67%, 51% e 21% nelle tre proiezioni.

Queste diminuzioni comporterebbero costi di 255 dollari/kWh, 326 dollari/kWh e 403 dollari/kWh entro il 2030 e di 159 dollari/kWh, 237 dollari/kWh e 380 dollari/kWh nel 2050.

Un grande fattore di riduzione dei costi BESS sarà la diminuzione dei costi delle celle e dei pacchi batteria, che rappresentano circa la metà del costo complessivo agli ioni di litio.

La società di ricerca Fastmarkets ha recentemente previsto che i prezzi medi delle batterie agli ioni di litio che utilizzano celle al litio ferro fosfato (LFP) scenderanno a 100 dollari USA/kWh entro il 2025, con il nichel manganese cobalto (NMC) che raggiungerà la stessa soglia nel 2027.

NREL ha inoltre evidenziato che le componenti "Elettronica di Potenza - Inverter" di un BESS hanno diverse curve di costo in funzione della durata.

Su base US$/kWh, le batterie di maggiore durata (cicli di carica e scarica lenti) hanno un costo di capitale inferiore, mentre su base US$/kW le batterie di durata più breve (cicli di carica e scarica veloci) risultano più costosi.

Entrambi questi punti sono visualizzati nei seguenti grafici:

 

Analisi Globale del mercato dei sistemi BESS

 

La dimensione del mercato globale dei sistemi di accumulo dell’energia con batteria è stimata a 30,63 miliardi di dollari nel 2024 e dovrebbe raggiungere i 50,70 miliardi di dollari entro il 2029, crescendo a un CAGR del 10,61% durante il periodo 2024-2029.

 

 

Dopo l’impatto negativo del COVID-19 nel 2020, attualmente il mercato ha recuperato i livelli pre-pandemici, preparandosi a un periodo di previsione promettente.

Nel medio termine, infatti, fattori come il calo dei prezzi delle batterie agli ioni di litio e la maggiore penetrazione delle energie rinnovabili guideranno il mercato dei sistemi di accumulo dell’energia.

Mentre lo squilibrio tra domanda e offerta di materie prime come cobalto, litio, rame, ecc., saranno il principale ostacolo alla crescita del mercato BESS

 

 

 

L’Asia-Pacifico emerge come la regione come il mercato in più rapida crescita durante il periodo di previsione a causa della crescente domanda di energia.

Questa crescita è attribuita all’aumento degli investimenti, abbinato a politiche governative di sostegno nei paesi di questa regione, tra cui India, Cina e Australia.

All’interno di questa regione ci sono sia Paesi altamente sviluppati come Giappone, Corea del Sud, Nuova Zelanda e Australia, che vantano reti avanzate, funzionano bene e utilizzano le tecnologie più recenti.

Sia Paesi in via di sviluppo che stanno assistendo a una rapida crescita demografica e all’urbanizzazione, con aumento della domanda di elettricità.

Si prevede che i paesi in via di sviluppo includeranno, data la convenienza dell’implementazione delle rinnovabili, enormi quantità di energia nella propria rete.

Molte aree adotteranno un approccio più distribuito allo sviluppo della rete, utilizzando una maggiore produzione locale di energia e sistemi di micro-reti, creando i presupposti per la crescita del mercato dei sistemi di accumulo.

E poi c’è la Cina: se il piano politico del governo cinese prevede di aumentare a 100 GW (3,2 GW) nel 2021) la capacità di stoccaggio energetico del paese entro il 2030, per raggiungere il piano governativo di zero emissioni nette entro il 2060, potrebbe non convincere i più scettici, non ci sono dubbi che “la fabbrica del mondo” è già leader in termini di produzione di batterie.

Ad esempio, nel 2021, la capacità di produzione totale di batterie in Cina è stata di circa 558 GWh, nello stesso anno la produzione globale di batterie è stata di circa 600 GWh.

 

 

La dimensione del mercato dei sistemi di accumulo dell’energia delle batterie in Nord America è stimata a 3,91 miliardi di dollari nel 2024 e si prevede che raggiungerà i 15,28 miliardi di dollari entro il 2029, crescendo a un CAGR del 31,28% durante il periodo.

Gli Stati Uniti dominano il mercato nella regione.
Il sistema di accumulo (BESS) negli Stati Uniti ha subito cambiamenti significativi negli ultimi anni, soprattutto nei settori residenziale e commerciale, sostenuto dai crescenti investimenti nelle infrastrutture per le energie rinnovabili

Nel 2022, la capacità cumulativa di stoccaggio delle batterie su larga scala era di circa 22.385,1 megawattora (MWh), ovvero circa l’80% in più rispetto al 2021, secondo l’Energy Information Administration degli Stati Uniti.

 

 

 

Sebbene oggi il mercato Europeo rappresenti un terzo del mercato globale, con una dimensione del mercato europeo da 11,10 miliardi di dollari nel 2023 si prevede che questa crescerà solo fino a 12,05 miliardi di dollari entro il 2028, con un CAGR del 1,67% durante il periodo di previsione (2023-2028).

Secondo l’Associazione europea per lo stoccaggio dell’energia (EASE), l’Europa avrà bisogno di circa 187 GW di stoccaggio di energia entro il 2030, di cui lo stoccaggio tramite batterie rappresenta 122 GW di capacità.

 

Case Study Hotel Gardenia Srl

 

Che impatto può avere un sistema di accumulo per una struttura ricettiva come un hotel in un mese invernale?

Hotel Gardenia ha sulla copertura un impianto fotovoltaico multi-esposizione da 40,68 kW costituito da 72 moduli fotovoltaici Jinko Solar da 565 W, 3 inverter Huawei SUN2000-10KTL-M1 che gestiscono la potenza prodotta e 6 batterie Huawei Luna2000 da 5 kWh forniscono un surplus di energia quando necessario.

 

 

Vediamo subito un grafico relativo ad un giorno tipo di un mese invernale come novembre:

 

 

In verde vediamo la curva di produzione del fotovoltaico, in blu possiamo notare il momento di carica delle batterie, mentre in viola viene graficato il momento di scarica delle batterie.

Il fotovoltaico inizia a produrre energia, permette all’hotel di auto-consumare l’energia prodotta e carica le batterie nel momento di maggior produzione ovvero dalle 11 alle 15.

Confrontiamo il grafico sopra con i consumi:

 

 

Notiamo come dalle 8:00 del mattino fino a circa le 19:00 di sera la curva dei consumi subisce una flessione, viene quindi abbassata a fronte di una domanda di energia importante.

Le batterie iniziano il rilascio dell’energia accumulata non appena la carica termina e la domanda è tale da richiederla, ciò si verifica alle 15:10 circa.

Notiamo come dalle 15 alle 18 le batterie siano state in grado di rilasciare energia ininterrottamente e in modo costante.

Possiamo quindi affermare come in un mese invernale, generalmente sfavorevole per la minore radiazione solare e i maggiori consumi, il fotovoltaico combinato con un pacco batterie sia in grado di allungare la gaussiana inversa dei consumi, favorendo un risparmio di energia e di costi.

In conclusione, il 2024 si presenta come un anno entusiasmante per il settore del fotovoltaico, con una serie di tendenze che promettono di ridefinire il futuro dell'energia sostenibile.

Dalle innovazioni tecnologiche che migliorano l'efficienza dei pannelli solari alla crescente adozione di soluzioni integrate e intelligenti, il fotovoltaico sta sperimentando una trasformazione senza precedenti.

Approfondimento a cura del C.E.O. del Gruppo Inveco; Dott. Filippo Barbetti, Ing. Andrea Girelli, Giuseppe Gallo - Ufficio tecnico e Emanuele Massafra.