Autoconsumo fotovoltaico: come calcolarlo dai dati dei contatori

L’autoconsumo fotovoltaico è la quota dell’energia prodotta da un impianto solare che il sito utilizza direttamente invece di immetterla in rete. Si calcola da due letture di contatore riferite allo stesso periodo: tasso di autoconsumo = (produzione FV − immissione in rete) ÷ produzione FV. L’indicatore complementare, il tasso di autosufficienza, divide la stessa energia solare utilizzata sul sito per il consumo totale del sito: tasso di autosufficienza = (produzione FV − immissione in rete) ÷ consumo del sito.

Entrambi i valori sono affidabili quanto le misure da cui derivano. L’inverter registra la produzione, il contatore al punto di connessione registra prelievi e immissioni, e nessuno dei due fornisce da solo il consumo del sito. Segna prima i punti di misura sullo schema unifilare, poi dai a ogni serie di dati il nome del flusso che misura.

Come calcolare l’autoconsumo fotovoltaico

Le equazioni presuppongono un confine comune in corrente alternata, nessun altro generatore e nessun accumulo. Le perdite di distribuzione all’interno di quel confine rientrano nel consumo del sito dedotto dal bilancio. Tolleranze dei contatori e differenze tra gli orologi possono lasciare un piccolo residuo quando si confronta questo bilancio con le misure indipendenti dei carichi.

Se la produzione è zero, l’autoconsumo non è definito per quel periodo. Se il consumo è zero, non è definita l’autosufficienza. Mostra una spiegazione anziché dividere per zero o riportare una percentuale inventata.

Esempio di calcolo: un’ora

In un’ora l’impianto produce 4 kWh, il sito preleva 1 kWh e immette 2 kWh. Il consumo è 4 + 1 − 2 = 3 kWh; 2 kWh provengono direttamente dal fotovoltaico. Nella stessa ora possono verificarsi sia prelievi sia immissioni, al variare delle nuvole e dei carichi.

Autoconsumo e autosufficienza nell’arco di una giornata

I due indicatori rispondono a domande diverse. L’autoconsumo indica se dimensione e profilo dell’impianto sono adatti al carico: un valore basso significa che gran parte dell’energia solare viene immessa in rete. L’autosufficienza indica quanto il fotovoltaico riduce l’energia acquistata dal sito: un valore basso significa che il sito preleva ancora dalla rete la maggior parte della sua energia. Un impianto grande su un carico piccolo ha autoconsumo basso e autosufficienza alta; un impianto piccolo su un carico grande, il contrario.

Questa giornata è misurata in quattro fasce di sei ore al contatore di rete e all’inverter, senza batteria:

L’autoconsumo della giornata è 32 ÷ 46 = 69,6% e l’autosufficienza 32 ÷ 62 = 51,6%. I soli totali giornalieri potrebbero far pensare che 46 kWh di fotovoltaico abbiano coperto il 74% di un consumo di 62 kWh. Ne hanno coperto il 51,6%, perché 14 kWh sono arrivati nel pomeriggio, quando il carico non poteva usarli, e il consumo della notte e della sera non aveva energia solare a disposizione.

La durata dell’intervallo conta quando l’immissione non è misurata. Se stimi l’energia solare utilizzata sul sito come il minore tra produzione e consumo in ogni fascia, la fascia del mattino dà min(18, 20) = 18 kWh invece dei 16 kWh misurati, perché in quelle sei ore il sito ha immesso 2 kWh mentre prelevava 4 kWh. Più lungo è l’intervallo, più questa stima sopravvaluta l’autoconsumo. Con un registro dell’energia immessa misurato separatamente il risultato non dipende dalla durata dell’intervallo: per questo la misura dell’immissione viene per prima.

Il calcolatore somma allo stesso modo i risultati di intervalli allineati. I valori di esempio sono illustrativi ed escludono le batterie.

Dove misurare: produzione, punto di connessione e batteria

Documenta se ogni valore è misurato o calcolato. Un inverter ibrido può combinare l’uscita fotovoltaica e quella della batteria su un unico morsetto in corrente alternata. Quel totale non è una misura separata della produzione fotovoltaica. Se occorre distinguere i due flussi, usa i canali interni documentati dell’inverter e registra se misurano grandezze in corrente continua o alternata.

Convenzioni di segno

Contatori e inverter indicano la potenza con un segno, e i costruttori non concordano su quale verso sia positivo. Un contatore di rete impostato con la convenzione degli utilizzatori mostra il prelievo positivo e l’immissione negativa. Il contatore interno di un inverter può mostrare positiva la produzione. Una batteria può indicare la carica come positiva o negativa a seconda del costruttore e del registro.

Registra ogni flusso come totale direzionale positivo (prelievo, immissione, produzione, carica, scarica) e annota accanto il registro di origine e la sua convenzione di segno. Verifica ogni segno in fase di messa in servizio con una condizione nota: un carico in prelievo con il fotovoltaico sezionato, poi la produzione con il sole, poi una carica e una scarica della batteria. Un sensore di corrente montato al contrario o un’impostazione di segno errata trasforma l’immissione in prelievo e il tasso di autoconsumo perde significato. La guida a potenza negativa e riconciliazione dei contatori descrive le verifiche.

Conservare prelievi e immissioni separati

Un saldo netto con segno perde informazioni utili. Prelevare 2 kWh e immettere 2 kWh dà un saldo pari a zero, ma entrambi i flussi restano importanti per la fatturazione e per l’utilizzo dell’energia solare.

Preferisci i registri cumulativi distinti del contatore per prelievi e immissioni. Ricava l’energia di ciascun intervallo dalla differenza tra letture successive, gestendo esplicitamente azzeramenti e ritorni a zero del contatore. Se invece integri la potenza, stabilisci la convenzione dei segni, l’intervallo di campionamento e il trattamento delle lacune. Brevi periodi di immissione tra due campioni potrebbero altrimenti scomparire.

Usa un’unica base temporale per i timestamp, conserva il fuso orario locale di fatturazione e controlla i passaggi all’ora legale. Non sottrarre il contatore giornaliero dell’inverter, che si azzera a mezzanotte, dal totalizzatore cumulativo del contatore. Durante la messa in servizio verifica i segni con un carico che certamente preleva energia e, quando le condizioni lo consentono, con un’immissione nota.

Limitazione dell’immissione e immissione zero

Quando il gestore di rete limita l’immissione, un sistema di limitazione misura la potenza al punto di connessione e riduce la produzione degli inverter in modo che l’immissione resti sotto il valore concordato. Un sito a immissione zero imposta questo valore a zero, o quasi, e gli inverter seguono così il carico del sito.

Questo cambia ciò che mostrano i contatori. L’immissione resta vicina al limite, l’autoconsumo tende al 100% e il contatore di produzione registra solo l’energia che gli inverter hanno potuto produrre. L’energia trattenuta dal limitatore non viene misurata da nessuna parte. Se ti serve, stima separatamente la produzione disponibile, ad esempio da irraggiamento e modello, e conservala in una serie propria indicata come stima. Non sommarla alla produzione misurata.

In fase di messa in servizio confronta la misura del limitatore con il contatore di rete: un sensore dalla parte sbagliata di un carico o un anello di regolazione lento lascia passare brevi picchi di immissione. Registra il limite concordato, il punto di misura e la risposta richiesta dal gestore di rete. Per la Germania, la guida alla VDE-AR-N 4105 tratta le regole di connessione in bassa tensione; l’applicazione di monitoraggio fotovoltaico a immissione zero descrive contatori e segnali.

Aggiungere esplicitamente i flussi della batteria

Con una batteria accoppiata in corrente alternata e misurata separatamente, il bilancio corrispondente è:

Consumo del sito = produzione fotovoltaica + prelievo dalla rete + scarica della batteria − immissione in rete − carica della batteria

Tutti e cinque i termini devono riferirsi allo stesso intervallo e allo stesso confine in corrente alternata. Non combinare in questa equazione l’energia di carica della batteria misurata in corrente continua con l’energia di scarica in corrente alternata all’uscita dell’inverter.

L’energia solare immagazzinata può poi alimentare i carichi, essere immessa in rete oppure andare persa durante l’accumulo e la conversione. Se la batteria può caricarsi dalla rete, la sola scarica non rivela l’origine dell’energia. Dichiara il metodo di attribuzione prima di pubblicare una percentuale di autoconsumo fotovoltaico. Per valutare un periodo breve conta anche la differenza tra l’energia immagazzinata all’inizio e alla fine.

Esempio di calcolo: il bilancio di una batteria su tre intervalli

Tre intervalli di un’ora, tutta energia in corrente alternata allo stesso confine, ogni flusso come totale direzionale positivo:

Il bilancio torna in ogni intervallo: in A, dei 4 kWh solari, 1 kWh è stato immesso in rete, 2 kWh sono andati in batteria e 1 kWh al carico. Il consumo del sito di 5 kWh è stabilito dalla misura, anche se nessun carico è misurato direttamente. È un valore ricavato e va indicato come tale.

Ciò che il bilancio non può stabilire è quanta parte dei 3 kWh scaricati in C fosse solare. La batteria ha ricevuto 2 kWh dal fotovoltaico in A e 2 kWh dalla rete in B. Una regola proporzionale attribuirebbe al solare 1,5 kWh della scarica. Una regola che fa uscire per prima l’energia solare ne attribuirebbe 2 kWh; una che fa uscire per prima l’energia di rete, 1 kWh. Se la batteria conteneva già energia prima dell’intervallo A, nessuna di queste regole è corretta finché non si sa da dove provenisse quell’energia.

Neppure la differenza di 1 kWh tra carica (4 kWh) e scarica (3 kWh) è una perdita misurata. Può essere ancora nella batteria o essere andata persa nella conversione. Solo l’energia accumulata all’inizio e alla fine del periodo, letta dal sistema di gestione della batteria, separa i due casi.

I risultati utilizzabili sono quindi:

• consumo del sito: 5 kWh, misurato tramite bilancio;
• energia solare usata direttamente dai carichi: 1 kWh, nell’intervallo A;
• energia solare inviata all’accumulo: 2 kWh;
• autoconsumo, se la definizione dichiarata conta come consumata l’energia solare accumulata: (4 − 1) ÷ 4 = 75%;
• autosufficienza: non determinata finché non sono dichiarati la regola di attribuzione, l’energia accumulata iniziale e finale e il trattamento delle perdite.

Pubblica una percentuale comprensiva della batteria solo con questi tre elementi indicati accanto. Il foglio di lavoro del progetto di monitoraggio energetico ha lo spazio per registrarli sito per sito.

Per il controllo e la messa in servizio, leggi i ruoli di BMS, EMS e PCS e la verifica dei comandi BESS. Una risposta positiva a un comando non dimostra che sia stata erogata la potenza richiesta.

Prima di stimare la produzione annua, verifica che le stringhe di moduli proposte rispettino i limiti di tensione e corrente dell’inverter. Usa i coefficienti di temperatura dei moduli e le temperature di progetto del sito; questa verifica preliminare non sostituisce le regole di progettazione del produttore.

Distinguere le stime energetiche dalle prestazioni misurate

Un modello fotovoltaico come PVGIS stima la produzione in base alla posizione e alle ipotesi sull’impianto. Conserva con il risultato la versione del modello, il dataset meteorologico, la potenza dell’impianto, l’orientamento e le perdite ipotizzate. Confronta periodi e confini equivalenti quando verifichi la prestazione reale rispetto alla stima. Lo strumento Stima della produzione fotovoltaica richiede una stima PVGIS per un luogo e un impianto.

La produzione annua stimata non determina l’autoconsumo né la capacità della batteria. Entrambi dipendono dalla coincidenza temporale tra produzione e consumo. Usa dati allineati per intervallo per questo confronto. Limiti di immissione e riduzioni della produzione possono inoltre far differire l’energia realmente prodotta dalla risorsa solare disponibile.

Valorizzare separatamente energia prelevata e immessa

Per una stima semplice a tariffa fissa senza accumulo, valuta l’energia solare usata direttamente sul sito al prezzo unitario del prelievo evitato. Valuta l’energia immessa al prezzo unitario riconosciuto per l’immissione. Mantieni entrambi i prezzi modificabili.

Per esempio, 2 kWh usati direttamente a un prezzo illustrativo di 0,30 €/kWh evitano 0,60 € di costi energetici. Altri 2 kWh immessi a un prezzo illustrativo di 0,10 €/kWh valgono 0,20 €. Il valore combinato è 0,80 €, non 4 × 0,30 €. Sono esempi aritmetici, non tariffe offerte.

Le tariffe per fascia oraria richiedono di associare ciascun flusso al relativo periodo di prezzo. Quote fisse, oneri legati alla potenza e costi della batteria richiedono trattamenti separati. Parti dall’energia misurata e dalla tariffa effettiva, senza promettere risparmi in base alla sola potenza nominale dei moduli. Gli schemi condivisi cambiano di nuovo la contabilizzazione: in una comunità energetica rinnovabile l’incentivo dipende dall’energia condivisa all’interno della comunità in ciascuna ora, e lo SRESS irlandese remunera l’energia immessa con proprie regole di misura.

Confronta i due valori energetici in un modello di flussi di cassa a tariffa fissa. Inserisci esplicitamente costo di installazione, autoconsumo, ricavi da immissione e degrado; i prezzi d’esempio sono ipotesi modificabili, non quotazioni tariffarie attuali.

Misurare un sito fotovoltaico con EpiSensor

Il monitor elettrico ZEM comunica tensione, corrente, potenza attiva, fattore di potenza ed energia per ogni fase: uno ZEM all’uscita dell’inverter e uno sull’arrivo del sito forniscono produzione e flusso di rete sullo stesso Gateway e con la stessa base temporale. Inverter e contatori di rete con una mappa dei registri Modbus documentata possono anche essere letti direttamente tramite il Gateway. Edge conserva le letture sul sito, quindi i bilanci per intervallo di questa guida si calcolano da un unico archivio. L’applicazione di monitoraggio del fotovoltaico individua i punti di misura di un sito commerciale.