La settimana scorsa abbiamo analizzato il funzionamento della più grande batteria co-localizzata della Gran Bretagna - presso il parco eolico di Whitelee. Ma cosa succede con le batterie co-localizzate con impianti solari? Attualmente, la maggior parte di questi sistemi utilizza la connessione AC, ma la connessione DC potrebbe offrire vantaggi maggiori?
Cos'è la connessione DC?
La connessione DC si riferisce a un sistema in cui la batteria e l’impianto solare sono collegati dietro un inverter condiviso, dove l’energia è in corrente continua (DC).
Entrambi gli asset funzionano in DC e richiedono un inverter per convertire l’energia elettrica da/a corrente alternata (AC), ovvero la modalità in cui opera la rete elettrica.
Pro: La connessione DC di una batteria e di un impianto solare elimina la necessità di più inverter. Questo riduce la duplicazione delle apparecchiature e dovrebbe abbassare i costi di investimento.
Contro: Tuttavia, non è così semplice. È necessario un dispositivo aggiuntivo, il convertitore DC-DC, per garantire che batteria e impianto solare funzionino agli stessi livelli di tensione. Questo, insieme a una riduzione delle efficienze di costo in altre aree, può annullare i benefici economici della connessione DC.
Quindi, la scelta tra connessione AC e DC può dipendere dai vantaggi operativi di ciascuna soluzione. Per la connessione DC, il vantaggio principale risiede nell’oversizing dell’impianto solare e nel valore dell’energia “clippata” che ne deriva.
Cos'è l'oversizing?
L’oversizing consiste nell’installare pannelli solari con una capacità superiore rispetto a quella dell’inverter. L’inverter limita la potenza che l’impianto può esportare in rete. Ma perché farlo?
- La riduzione dei costi dei pannelli solari li rende oggi uno degli elementi meno costosi di un progetto fotovoltaico.
- L’oversizing permette all’impianto di avere un profilo di generazione più ampio, esportando più energia nei momenti di maggior valore.
- È piuttosto raro che i pannelli producano alla massima potenza: ciò avviene solo nelle ore centrali delle giornate più soleggiate.
A volte l’impianto solare genera più energia, in DC, di quanta ne possa essere convertita in AC ed esportata in rete. Questa energia persa all’inverter viene detta “clippata”.
Collegare in DC una batteria con l’impianto solare permette di caricare la batteria – gratuitamente – dall’energia clippata (che altrimenti andrebbe persa) e di immagazzinarla per un utilizzo successivo.
Qual è il valore della connessione DC per una batteria?
La cattura e lo spostamento temporale dell’energia clippata possono generare molto valore per una batteria.
Ad esempio, il 26 aprile, i prezzi nel mercato all’ingrosso hanno permesso alle batterie di ottenere ottimi ricavi.
Per cominciare, quale valore avrebbe potuto ottenere una batteria normale in quel giorno?
- Una batteria che effettua due cicli avrebbe potuto caricarsi a £86/MWh durante la notte e vendere quell’energia a £136/MWh al mattino.
- Poi avrebbe potuto ricaricarsi a £98/MWh a metà giornata e rivendere a £150/MWh la sera.
- Considerando le perdite di efficienza, questo avrebbe generato £76/MW.
Ma cosa succede con una batteria collegata in DC?
- Con un impianto solare che genera energia in eccesso a metà giornata, il secondo ciclo sarebbe stato ottenuto con un costo di carica pari a £0/MWh.
- Questo significa che la batteria avrebbe potuto ottenere £188/MW in un solo giorno, un incremento del 147% rispetto a una batteria stand-alone.
Quanta energia clippata può effettivamente essere utilizzata dalla batteria?
Come influiscono i diversi rapporti di oversizing sul volume di energia clippata potenziale? E quanta di questa energia può essere catturata da una batteria?
- I volumi di energia clippata restano bassi finché l’oversizing non raggiunge il 150%.
- Una batteria con autonomia di un’ora può catturare tutta l’energia clippata fino a un oversizing del 140%.
- Oltre questo limite, il sistema inizia a saturarsi in alcuni giorni, ma riesce comunque a catturare più della metà dell’energia clippata anche con rapporti di oversizing elevati.
- Per una batteria con autonomia di due ore, la durata maggiore permette di catturare ancora più energia clippata.
Ma cosa significano questi numeri nella pratica?
- Un impianto solare sovradimensionato del 150% perderà circa il 5% della produzione annuale a causa del clipping.
- Installando una batteria con autonomia di un’ora, il 90% di questa energia può essere recuperata ed esportata in rete dopo il tramonto.
Questi volumi sono ridotti rispetto all’operatività normale di una batteria, ma catturare questa energia dispersa basterebbe per garantire 50 cicli all’anno.
Qual è il valore di questa energia?
L’energia clippata catturata da una batteria collegata in DC è gratuita. Il suo valore dipende quindi esclusivamente dal prezzo di vendita.
Questo aspetto è positivo per la costruzione di un business plan, poiché riduce l’esposizione della batteria alla volatilità dei prezzi intraday. Inoltre, l’aumento dei prezzi del gas negli ultimi due anni avvantaggia i sistemi DC-coupled: l’incremento dei prezzi dell’energia offre alle batterie un prezzo di vendita più alto.
Ci sono altri vantaggi?
- La carica da fonte solare è più efficiente rispetto alla carica dalla rete.
- La raccolta a bassa tensione permette inoltre di utilizzare energia solare che altrimenti andrebbe persa.
Quali sono gli svantaggi della connessione DC?
Potrebbe sembrare tutto positivo, ma attualmente esiste un grande svantaggio nella connessione DC:
È estremamente difficile per una batteria collegata in DC fornire servizi di risposta di frequenza, soprattutto quelli di altissima precisione richiesti per il Dynamic Containment.
Perché?
- L’energia esportata dalla batteria viene combinata con quella dell’impianto solare. Anche quando il solare non produce, questo genera molto “rumore”.
- Ciò significa che una batteria DC-coupled potrebbe non essere in grado di fornire risposta di frequenza nemmeno di notte.
- Questo si potrebbe evitare se la produzione della batteria fosse misurabile tramite un contatore DC, ma attualmente non è consentito (secondo le regole per la fornitura di servizi di risposta di frequenza).
Quanto incide questo sui ricavi?
Nel 2022, il Dynamic Containment ha rappresentato il 63% dei ricavi delle batterie per l’accumulo di energia: in termini pratici, il Dynamic Containment valeva circa £100k/MW lo scorso anno per un sistema medio. Una batteria DC-coupled, non potendo fornire questo servizio, avrebbe perso una parte significativa dei ricavi.
Tuttavia, dopo la saturazione del mercato, i prezzi sono calati. Nel 2023, il prezzo medio per il Dynamic Containment è stato di soli £6,80/MW/ora, pari a un guadagno di £20k/MW.
Dunque, il differenziale di guadagno tra la risposta di frequenza e una strategia basata solo sul trading si è notevolmente ridotto e il valore aggiunto della vendita dell’energia clippata può compensare la perdita di ricavi dalla risposta di frequenza.
- Grazie al valore aggiuntivo derivante dal trading dell’energia solare clippata, un sistema DC-coupled con autonomia di due ore può compensare completamente la perdita di ricavi dalla risposta di frequenza.
- Una batteria DC-coupled con autonomia di un’ora può aspettarsi circa il 75% dei ricavi che otterrebbe una batteria AC-coupled dal Dynamic Containment.
Quali prospettive per il futuro?
Attualmente in Gran Bretagna, la maggior parte dei sistemi di accumulo co-localizzati è collegata in AC. Questo perché possono essere misurati e gestiti in modo indipendente, facilitando spesso il finanziamento dei progetti. Finora, i ricavi disponibili dalla risposta di frequenza sono stati molto rilevanti, ma come abbiamo visto il loro valore sta diminuendo.
Il Cirencester Hybrid Solar Farm (un sito da 24 MWp con una batteria da 10 MW, di proprietà del Warrington Borough Council) è la prima batteria grid-scale collegata in DC in Gran Bretagna e sono in fase di sviluppo altri progetti simili:
- Ad esempio, a fine 2022, JBM Solar ha venduto due progetti – per un totale di 105 MWp di solare e 65 MW di batterie – a Vantage RE. Questi progetti dovrebbero entrare in funzione quest’anno. (JBM Solar è stata successivamente acquisita da RWE.)
Fino ad ora, la scelta tra batteria AC-coupled o DC-coupled è stata guidata da preferenze progettuali.
Tuttavia, man mano che le batterie DC-coupled entreranno in funzione (cioè saranno effettivamente operative sul mercato), avremo un quadro più chiaro dei costi e benefici economici reali di ciascuna soluzione.
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