Autoproduzione fotovoltaica

Una mattina di sole a Möriken (AG). Fritz Lüpold esce di casa per lasciare lungo la strada due pacchi legati con spago per il servizio di raccolta della carta usata. È pensionato e vive nel nuovo complesso residenziale sul Grabenweg (vedi riquadro di testo qui di fianco). «Abbiamo venduto la nostra casa e ci siamo trasferiti qui, in parte perché qui possiamo usare l’energia fotovoltaica che produciamo», racconta Fritz Lüpold. I moduli fotovoltaici (FV) ricoprono non solo i tetti, ma anche il padiglione nel cortile interno, i davanzali degli attici e parte delle pareti del complesso. Ma non è tutto: «All’interno del nostro appartamento abbiamo un display», continua Lüpold, «su cui possiamo vedere quando il nostro sistema sta producendo energia fotovoltaica. Quando si accende una spia luminosa verde, è il segnale che possiamo accendere la lavastoviglie o la lavatrice: in questo caso useremo infatti la nostra energia elettrica, che è persino più economica della bassa tariffa».

Fritz Lüpold e sua moglie sono tra le circa cento persone che si sono trasferite dal 2019 nei 35 appartamenti di proprietà o in affitto del complesso residenziale sul Grabenweg. Come è usuale per le nuove costruzioni, le quattro case plurifamiliari sono dotate di un eccellente isolamento termico (standard Minergie-P-ECO). L’acqua calda sanitaria e l’acqua di riscaldamento sono prodotte da pompe di calore salamoia-acqua. In estate, il calore degli appartamenti viene utilizzato per rigenerare il terreno attraverso il sistema di riscaldamento a pavimento. Nel parcheggio sotterraneo sono disponibili stazioni di ricarica per veicoli elettrici. L’energia elettrica è fornita al complesso da un impianto fotovoltaico con una potenza di 164 kWp. Nel suo primo anno di funzionamento, ha generato 153mila kWh di energia elettrica – più del previsto, e più di quello che i residenti nei 35 appartamenti consumano nel corso di un anno.

In linea di massima, tutti questi aspetti non sono nuovi, e nemmeno il fatto che i residenti di un complesso residenziale si organizzino in un «raggruppamento ai fini del consumo proprio» (Rcp), ossia in una comunità che autoproduce l’energia solare di cui ha bisogno. Ciò che è nuovo, tuttavia, sono il sistema di controllo intelligente e gli strumenti utilizzati per aumentare il consumo proprio: un display in ogni appartamento segnala ai residenti quando viene prodotta energia fotovoltaica ed è quindi più conveniente usare i propri apparecchi elettrici. L’energia prodotta in tempo reale dall’impianto fotovoltaico è disponibile attraverso una «presa solare» installata in ogni appartamento. Inoltre, l’Rcp dispone di un sistema di controllo automatico, il cosiddetto «Eigenverbrauchsmanager, EVM» (programmatore del consumo proprio), che programma il funzionamento delle pompe di calore, delle lavatrici e delle lavastoviglie solo quando è disponibile energia autoprodotta, a condizione che la gestione di queste utenze tramite controllo automatico sia stata approvata. L’intenzione: consumare possibilmente tutta l’energia solare autoprodotta direttamente sul posto.

Questo obiettivo è stato raggiunto in larga misura. Lo dimostra un progetto di monitoraggio condotto dalla Scuola universitaria professionale della Svizzera nordoccidentale (FHNW) per il periodo di misurazione da settembre 2019 ad agosto 2020. La maggior parte degli elettrodomestici sono stati azionati con energia solare, sia manualmente (quando la luce verde è accesa) sia tramite la funzione automatica (controllo tramite EVM), come mostra l’analisi dei dati. Anche la presa solare è stata accolta favorevolmente. In conclusione, sono stati usati localmente ben due quinti dell’energia fotovoltaica autoprodotta (quota di consumo proprio: 39,8%) – senza l’uso dell’EVM, si stima che la quota scenderebbe a circa il 20%. Rispetto a un fabbisogno annuale di energia elettrica del complesso residenziale pari a circa 138mila kWh, ben 61’000 kWh sono stati coperti con l’energia solare autoprodotta (grado di autarchia: 45,6 %). Questi valori sono stati raggiunti senza accumulatori a batteria, grazie all’accumulo termico dell’energia nelle caldaie termiche ad acqua calda e nella massa degli edifici. Ciò consente di «surriscaldare» i locali di uno o due gradi con la produzione fotovoltaica diurna, in modo tale da immagazzinare l’esubero di energia nell’edificio per utilizzarlo nelle ore serali e notturne. Gli accumulatori termici di acqua calda sono stati sovradimensionati di circa due volte.

Da un punto di vista economico, lo studio di monitoraggio si è concentrato sull’aspetto finanziario della comunità di autoconsumo. L’acquisto di un potente impianto fotovoltaico è vantaggioso per i residenti, come evidenziato dallo studio sulle misurazioni effettuate nel 2019/20: nei dodici mesi in esame, i residenti hanno registrato in totale 29’310 franchi alla voce spese elettriche. Se avessero coperto il loro fabbisogno energetico in pari misura e nelle stesse ore del giorno in alta e bassa tariffa attingendo unicamente dalla rete elettrica, avrebbero dovuto pagare come comunità 2235 franchi in più (+8%). Il rapporto finale conclude osservando che il raggruppamento ai fini del consumo proprio è stato dunque chiaramente un «buon investimento» per i residenti.

È lecito dunque concludere che una comunità Rcp beneficia di vantaggi finanziari in misura proporzionale alla quantità di energia autoprodotta che consuma? Secondo Hans Gysin, professore della FHNW e autore dello studio di monitoraggio, questa speranza non è confermata: «Spostare selettivamente il consumo di elettricità nelle ore in cui viene prodotta energia solare non fornisce alcun beneficio aggiuntivo, ma può essere considerato finanziariamente come una partita a posta zero nell’anno in esame 2019/20». Secondo Gysin, il motivo va ricercato nell’attuale struttura tariffaria: nell’Rcp, l’elettricità solare autoprodotta è costata 16,68 ct./kWh, ossia poco più di un centesimo in meno della bassa tariffa (17,76 ct./kWh). Fintanto che la differenza tra l’energia elettrica fotovoltaica autoprodotta e la bassa tariffa rimane così esigua, non può esservi alcun vantaggio finanziario per i residenti nel massimizzare il consumo proprio.

Il ricercatore della FHNW sostiene la tesi centrale del suo studio con vari calcoli dettagliati basati su diversi milioni di dati aggregati di misurazione, che documentano la produzione e i consumi di energia elettrica sull’area con cadenza di quindici minuti. Tutti gli sforzi si sono concentrati sulla massimizzazione del consumo proprio di energia fotovoltaica. Quando l’elettricità solare autoprodotta non è stata sufficiente per soddisfare la domanda, è stata acquistata energia elettrica supplementare dalla rete ad alta (20,99 ct./kWh) o bassa (17,76 ct./kWh) tariffa in base all’ora del giorno.

L’analisi dei dati mostra che nelle giornate estive soleggiate la produzione FV copre l’intero fabbisogno, pertanto i residenti beneficiano della tariffa FV più conveniente. Ma negli altri mesi dell’anno l’energia solare è spesso insufficiente, pertanto durante «le ore solari» (cioè durante il giorno) è necessario un prelievo dalla rete di energia elettrica ad alta tariffa. Tutto questo si traduce spesso in una tariffa mista che è significativamente più alta della tariffa FV e della bassa tariffa.

In altre parole, nel corso dell’anno si verifica spesso la situazione in cui il consumo di elettricità nelle ore diurne, quando l’impianto fotovoltaico è in funzione, è più costoso rispetto al prelievo di energia elettrica nelle ore a bassa tariffa (di notte, nel weekend). I calcoli mostrano che massimizzare il consumo proprio è addirittura svantaggioso sul piano finanziario, sia per le economie domestiche sia per le pompe di calore (che incidono pesantemente sui consumi di elettricità) (vedi articolo correlato: «Il programmatore del consumo proprio regola e ottimizza»).

Tuttavia, la perdita finanziaria causata dalla massimizzazione della quota di consumo proprio ammonta solo a pochi franchi in tutto l’anno. Un alto livello di consumo proprio dà quindi ai residenti la soddisfazione di coprire il proprio fabbisogno di elettricità con un’alta percentuale di energia solare prodotta in modo sostenibile, ma da un punto di vista finanziario questo non dà loro alcun vantaggio aggiuntivo alle tariffe attuali. Rimane da notare che le tariffe (specialmente quelle per l’energia fotovoltaica) si applicano solo al presente progetto e possono essere molto diverse in altre aree di distribuzione.

Gli autori del rapporto finale del progetto hanno fatto luce sull’argomento anche dal punto di vista del gestore dell’Rcp, in questo caso l’azienda elettrica locale RTB Möriken-Wildegg. Il gestore trae beneficio da un elevato consumo proprio perché la vendita di elettricità fotovoltaica ai residenti è più redditizia (poco meno di 17 ct./kWh) rispetto alla sua immissione in rete (in questo caso poco meno di 7 ct./kWh). Un calcolo del ritorno dell’investimento per l’impianto solare, inclusa la tecnologia di misurazione e controllo, stima al 5,2% il tasso di rendimento dell’investimento del gestore durante il progetto pilota annuale (senza sovvenzioni per l’impianto fotovoltaico si attesterebbe al 3%). La quota di consumo proprio determina quindi, indirettamente, anche l’attrattiva di un Rcp per un investitore, sottolinea David Zogg (Smart Energy Engineering GmbH): «Grazie al nostro programmatore del consumo proprio è stato possibile incrementare il consumo proprio in modo massiccio e il gestore ha realizzato un interessante ritorno sul suo investimento nell’energia solare».

* su incarico dell’Ufficio federale dell’energia (UFE)