Cogenerazione e fotovoltaico: come gestire insieme due sistemi di produzione energetica

Un'azienda che dispone già di un impianto di cogenerazione può decidere di installare anche un impianto fotovoltaico? E, soprattutto, come si gestiscono due tecnologie che producono energia elettrica nello stesso sito, ma con caratteristiche molto diverse?

È una situazione sempre più frequente nelle realtà industriali che investono nell'autoproduzione energetica. Il fotovoltaico permette di sfruttare l'energia solare durante il giorno, mentre la cogenerazione produce contemporaneamente energia elettrica e calore, con la possibilità di programmare il funzionamento in base alle esigenze produttive.

Le due tecnologie possono lavorare insieme, ma la loro integrazione richiede alcune valutazioni. Non basta installare i pannelli fotovoltaici accanto a un cogeneratore già operativo: occorre capire come cambieranno i flussi energetici e come gestire la produzione per sfruttare al meglio entrambi gli impianti.

Due tecnologie, due modalità di produzione

La principale differenza tra fotovoltaico e cogenerazione riguarda la disponibilità dell'energia prodotta.

Un impianto fotovoltaico genera elettricità in funzione dell'irraggiamento solare. La produzione varia durante la giornata, raggiunge generalmente i valori più elevati nelle ore centrali e si interrompe nelle ore notturne. Inoltre, può cambiare sensibilmente in base alle condizioni meteorologiche e alla stagione. La cogenerazione, invece, utilizza un combustibile, come gas naturale, biogas o idrogeno, per produrre contemporaneamente energia elettrica e termica. Il suo funzionamento può essere programmato e, entro i limiti tecnici del motore, modulato in funzione delle necessità dell'utenza.

Quest'ultimo aspetto è particolarmente importante. A differenza del fotovoltaico, infatti, il cogeneratore non produce soltanto elettricità: il calore recuperato può essere utilizzato per il riscaldamento degli ambienti, la produzione di acqua calda o per alimentare processi industriali. La gestione dei due impianti deve quindi considerare sia i consumi elettrici sia quelli termici. Ottimizzare la produzione di elettricità senza valutare il fabbisogno di calore potrebbe ridurre il rendimento complessivo del sistema.

Cosa succede quando il fotovoltaico produce energia?

Immaginiamo un'azienda industriale che lavora su più turni, con consumi elettrici relativamente costanti e un cogeneratore che copre parte del fabbisogno energetico dello stabilimento. Durante le ore notturne, quando il fotovoltaico non produce, l'energia elettrica può essere fornita dal cogeneratore e, per la quota restante, dalla rete. Con l'arrivo del sole, però, entra in funzione anche l'impianto fotovoltaico. Se la produzione complessiva dei due sistemi supera il consumo elettrico dell'azienda, si genera un'eccedenza che deve essere gestita.

Le possibilità sono diverse: ridurre la potenza del cogeneratore, quando tecnicamente ed economicamente opportuno, immettere l'energia eccedente in rete, nei limiti consentiti dalla configurazione dell'impianto, oppure utilizzare eventuali sistemi di accumulo. La scelta non è automatica.

Se l'azienda ha bisogno di una quantità costante di calore per i propri processi, ridurre la produzione del cogeneratore potrebbe significare dover ricorrere maggiormente alle caldaie. Al contrario, quando la richiesta termica è limitata e la produzione fotovoltaica è elevata, mantenere il motore a pieno carico potrebbe non essere la soluzione più conveniente. Per questo, non esiste una regola universale secondo cui il fotovoltaico debba avere sempre la priorità sulla cogenerazione, o viceversa. La strategia dipende dalle caratteristiche energetiche dello stabilimento e dalle condizioni economiche di esercizio.

La gestione dei carichi è fondamentale

Per far lavorare correttamente fotovoltaico e cogenerazione è necessario conoscere non soltanto quanta energia consuma l'azienda, ma anche quando viene utilizzata. Un'analisi basata esclusivamente sui consumi annuali rischia di essere poco rappresentativa. Due stabilimenti con lo stesso fabbisogno elettrico possono infatti avere profili di carico completamente diversi.

Un'industria alimentare che lavora anche di notte, per esempio, potrebbe avere una domanda termica ed elettrica distribuita su molte ore della giornata. Un'azienda con produzione concentrata in un unico turno, invece, potrebbe presentare consumi elevati durante le ore diurne e molto più contenuti la sera. La differenza incide sul dimensionamento degli impianti e sulle ore di funzionamento del cogeneratore.

Per valutare correttamente l'integrazione è quindi importante analizzare:

• Il profilo dei consumi elettrici, possibilmente con dati orari o di dettaglio ancora maggiore, per individuare i momenti di maggiore richiesta
• Il fabbisogno termico, considerando quantità di calore richiesta, temperature di utilizzo e variazioni stagionali
• La produzione fotovoltaica prevista, valutandone l'andamento nelle diverse ore e stagioni
• La flessibilità del cogeneratore, comprese le possibilità di modulazione, il carico minimo e le condizioni ottimali di funzionamento

Queste informazioni permettono di definire una strategia di gestione che tenga conto delle reali esigenze produttive, evitando sovradimensionamenti e funzionamenti poco efficienti.

Il ruolo dei sistemi di controllo e degli accumuli

Quando nello stesso stabilimento sono presenti più fonti di produzione, diventa importante coordinare il loro funzionamento. Un sistema di gestione energetica può monitorare i consumi, rilevare la produzione fotovoltaica e regolare il funzionamento degli impianti controllabili secondo logiche prestabilite. Ad esempio, in presenza di un'elevata produzione solare e di una domanda termica contenuta, il sistema può valutare una riduzione della potenza elettrica del cogeneratore, purché siano rispettati i limiti di funzionamento del motore. Nelle ore serali, quando la produzione fotovoltaica diminuisce, il cogeneratore può contribuire maggiormente alla copertura dei consumi.

Anche gli accumuli possono offrire un contributo, ma occorre distinguere tra accumulo elettrico e termico. Le batterie consentono di immagazzinare una parte dell'elettricità prodotta in eccesso per utilizzarla successivamente. Gli accumuli termici, invece, permettono di conservare il calore prodotto dal cogeneratore e utilizzarlo in un momento diverso, offrendo una maggiore flessibilità nella gestione della produzione termica. Non sempre, però, installare un accumulo è necessario o conveniente. La scelta deve essere supportata da una valutazione dei profili di consumo, delle eccedenze disponibili, dei costi di investimento e del beneficio energetico ottenibile.

Integrare il fotovoltaico in un impianto di cogenerazione esistente: cosa valutare?

Quando il cogeneratore è già installato, l'aggiunta di un impianto fotovoltaico modifica il bilancio elettrico dello stabilimento. Questo può influire sulle ore di funzionamento del motore, sulla quota di energia autoconsumata e, di conseguenza, sui risultati economici dell'investimento iniziale.

Prima di procedere è quindi opportuno verificare se il cogeneratore possa continuare a lavorare per un numero di ore adeguato, se la domanda termica giustifichi il suo funzionamento e come cambierà il prelievo di energia dalla rete. Un altro elemento da considerare riguarda la configurazione elettrica e le modalità di connessione. La presenza di più generatori richiede una verifica delle protezioni, dei sistemi di misura, della gestione delle immissioni e degli eventuali vincoli contrattuali e autorizzativi.

L'obiettivo non deve essere semplicemente massimizzare la produzione dei singoli impianti, ma individuare la combinazione che consente di soddisfare i fabbisogni aziendali con il minor costo complessivo, mantenendo elevata l'efficienza energetica.

Cogenerazione e fotovoltaico: un'integrazione da progettare

Fotovoltaico e cogenerazione non sono necessariamente tecnologie alternative. Possono contribuire entrambe all'autoproduzione energetica di un'azienda, svolgendo funzioni differenti. Il fotovoltaico permette di sfruttare una fonte rinnovabile per coprire parte dei consumi elettrici, mentre la cogenerazione può garantire una produzione programmabile di elettricità e calore, particolarmente utile nei siti con fabbisogni termici continuativi.

La loro complementarità, tuttavia, non garantisce automaticamente un risparmio. Il risultato dipende dal corretto dimensionamento, dalla gestione dei carichi e dalla capacità di valorizzare l'energia prodotta. In 2G Italia, l'analisi dei fabbisogni energetici rappresenta un passaggio fondamentale nella progettazione e nell'integrazione degli impianti di cogenerazione. Valutare fin dall'inizio la presenza di altre fonti di produzione, come il fotovoltaico, permette di individuare soluzioni coerenti con le caratteristiche dello stabilimento e con le sue esigenze operative.

Hai già un impianto fotovoltaico o stai valutando di integrarlo con un sistema di cogenerazione? Contatta gli esperti 2G per approfondire le possibilità di integrazione nella tua azienda.