Oltre i miti: l’affidabilità dell’energia solare e il suo ruolo stabilizzante nelle moderne reti elettriche

Per decenni, la saggezza convenzionale nel settore energetico ha ritenuto che le fonti rinnovabili-in particolare l'energia solare- fossero troppo intermittenti e inaffidabili per fungere da spina dorsale dei moderni sistemi elettrici. Un malinteso persistente è che i pannelli solari si degradino rapidamente, si guastino sotto stress e, peggio ancora, introducano il caos nella danza finemente bilanciata tra domanda e offerta sulla rete elettrica. I critici hanno spesso sostenuto che l’energia solare non è solo volubile ma anche una minaccia per la stabilità della rete, in grado di causare sbalzi di tensione e blackout.

Tuttavia, questa visione è sempre più obsoleta. Basandosi su decenni di dati operativi, progressi nell'elettronica di potenza ed esperienza di integrazione della rete-nel mondo reale, emerge un quadro molto diverso: la tecnologia solare ha dimostrato di essere eccezionalmente affidabile e, se implementata in modo ponderato, migliora attivamente la resilienza e la stabilità della rete. Questo articolo mira a demistificare le realtà tecniche dietro l’affidabilità solare e la sua influenza positiva sui sistemi energetici.

Il primo pensiero di alcune persone sui pannelli solari è che sono inaffidabili. Ma in realtà non è più così! La maggior parte dei pannelli fotovoltaici oggi sono molto più affidabili, più resistenti che mai e richiedono molte meno azioni di manutenzione da parte dell'utente rispetto alle forme precedenti di generazione di energia. A differenza dei motori a turbina a gas e dei motori diesel (che hanno macchinari rotanti), i pannelli solari non hanno parti rotanti, il che significa che non hanno spazio per usura, strappo e/o lubrificazione. Il componente principale di un pannello solare, la "giunzione del semiconduttore", è stato realizzato utilizzando la comprovata tecnologia del silicio, utilizzata con successo nell'elettronica da oltre 50 anni e che ha dimostrato di essere assolutamente affidabile!

Negli studi di valutazione ambientale a lungo-termine come quelli condotti dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti, gli studi indicano che i moduli fotovoltaici di alta qualità subiscono un degrado annuale della potenza nominale inferiore allo 0,5% all'anno; molti sistemi installati negli anni '80 e '90 producono attualmente l'80% o più della potenza nominale iniziale dopo più di 30 anni di servizio. La maggior parte dei produttori di moduli fotovoltaici fornisce garanzie sui moduli fotovoltaici per un periodo minimo di 25 anni; tuttavia, è probabile che i moduli rimangano operativi molto tempo dopo tale data. Anche se i guasti si verificano approssimativamente a causa di fattori esterni (ad esempio installazione non corretta, condizioni meteorologiche estreme), il tasso di guasto intrinseco dei moduli fotovoltaici è inferiore allo 0,05% annuo-il tasso di guasto della maggior parte delle altre tecnologie di generazione di energia, inclusi molti componenti di una centrale elettrica alimentata a combustibili fossili-è uguale o inferiore al tasso di guasto dei moduli fotovoltaici, rendendo l'energia solare un'opzione hardware piuttosto affidabile.

 

Il secondo mito, più tecnico, è che l’energia solare “distrugge” la stabilità della rete. Storicamente questa preoccupazione è nata dai primi inverter collegati alla rete-, progettati semplicemente per immettere quanta più potenza possibile nella rete e disconnettersi immediatamente in caso di disturbi. Anche se questo comportamento passivo potrebbe, in teoria, ridurre l’inerzia del sistema, non è più la norma.

Gli attuali inverter-che supportano la rete-spesso chiamati "inverter intelligenti" o "inverter che-formano la rete"-rappresentano un punto di svolta-. Incorporano funzioni di controllo avanzate che contribuiscono attivamente alla salute della rete. Le caratteristiche principali includono:

Controllo di tensione e frequenza:L'inverter intelligente può correggere le deviazioni di tensione e frequenza come un normale generatore sincrono AVR regolando la loro potenza di uscita reale e reattiva in millisecondi.

Ride-attraverso le funzionalità:I nuovi inverter hanno la funzionalità ride{0}}through che consente loro di continuare a supportare la rete durante guasti di breve durata (ad esempio, se si è verificato un fulmine o il ramo di un albero è caduto su una linea elettrica) e di re{1}}reimmettere energia nella rete non appena il guasto viene risolto.

Inerzia sintetica:L’energia solare non ha la massa fisica rotante di una turbina a vapore, ma gli inverter avanzati hanno la capacità di assorbire e iniettare energia ad alta velocità per simulare l’inerzia quando la frequenza cambia. Questa inerzia sintetica fornisce ai generatori convenzionali preziosi millisecondi per raggiungere la massima potenza.

Lungi dal destabilizzare la rete, queste funzionalità consentono alle zone solari ad alta-penetrazione di operare con maggiore resilienza. Ad esempio, nell'Australia Meridionale,-una regione con oltre il 60% di energie rinnovabili istantanee,-gli inverter per la formazione della rete-sono riusciti con successo ad avviare in nero-le reti locali dopo un'importante separazione del sistema, cosa che in precedenza era possibile solo con gli impianti idroelettrici o a gas.

La generazione distribuita di energia solare riduce lo stress sulle linee di trasmissione esistenti, poiché viene prodotta più vicino al punto di utilizzo rispetto all'elettricità tradizionale basata sulla rete-. La produzione tradizionale di energia elettrica si basa su grandi centrali elettriche che producono elettricità, che viene poi trasportata per centinaia di chilometri attraverso linee di trasmissione ad alta tensione, per essere infine utilizzata dove è necessaria. Questo modello (hub-e-spoke) consente la perdita di una percentuale compresa tra il 8 - 10% della produzione originale di energia e crea un singolo punto di guasto. Ad esempio, quando un palo o una torre di trasmissione cade, si può creare un massiccio blackout come risultato della progettazione tipica di una rete hub-e-razze.

Creando elettricità immagazzinata o generata, attraverso l'uso dell'energia solare distribuita vicino al punto di consumo, la quantità di elettricità trasportata dalla sottostazione al punto di consumo diminuisce. Ciò significa che la domanda di energia elettrica da parte del consumatore è stata ridotta rispetto a quanto attualmente mostrato utilizzando una rete tradizionale. Questa riduzione della domanda ritarderà o forse addirittura eliminerà la necessità di costosi aggiornamenti ai sistemi di trasmissione e distribuzione. Inoltre, durante gli incendi, gli uragani e/o gli attacchi informatici, ci saranno una serie di strutture solari e di stoccaggio sparse, che saranno in grado di creare microreti per, almeno in parte, continuare ad alimentare le strutture chiave (come il trattamento delle acque e gli ospedali) mentre la rete elettrica centrale complessiva si impegna a ripristinarsi. Questo è ciò che chiamiamo resilienza della rete.

Molto tempo fa si pensava che la tecnologia solare non fosse affidabile e che potesse distruggere la rete. Decenni di storia operativa dimostrano ormai che i moduli fotovoltaici (PV) sono componenti affidabili e durevoli, pertanto richiedono pochissima manutenzione e molti anni di affidabilità. La tecnologia degli inverter si è evoluta rapidamente e ha convertito l’energia solare da una fonte di energia passiva, a volte problematica, a un partecipante attivo nella stabilità della rete fornendo supporto di tensione, regolazione della frequenza e inerzia sintetica. Utilizzando l'energia solare in un'applicazione distribuita, si contribuisce ad alleviare la congestione della trasmissione e ad aumentare la resilienza della rete elettrica contro le principali interruzioni.

Mentre acceleriamo la nostra transizione energetica, è importante che tutti gli ingegneri, i politici e il pubblico utilizzino la tecnologia più recente a loro disposizione, invece di sfruttare le paure del passato riguardo alla tecnologia stessa. Pertanto, l’energia solare si sta trasformando da uno degli anelli più deboli a uno dei componenti più significativi e stabilizzanti della rete elettrica del 21° secolo.