Ricaricare l'auto elettrica con la propria energia solare

Il fotovoltaico (PV) è in rapida crescita. In Svizzera, copre già il cinque per cento del consumo di elettricità del Paese. Anche la mobilità elettrica è in forte crescita: attualmente sulle strade svizzere circolano 70.000 veicoli puramente elettrici e 200.000 ibridi. Martin Raubal, professore di ingegneria della geoinformazione all'ETH di Zurigo, accoglie con favore questo sviluppo: "Il settore della mobilità è responsabile di circa un terzo dei gas serra in Svizzera. L'elettromobilità è un modo per ridurre le emissioni di CO₂-dei trasporti".

Energia solare e veicoli elettrici vanno di pari passo

Un team di ricercatori guidato da Martin Raubal ha ora unito la crescita della produzione di energia solare a quella della mobilità elettrica. Gli scienziati volevano sapere fino a che punto i proprietari di auto elettriche possono ricaricare i loro veicoli con l'elettricità proveniente dal proprio impianto solare senza dover limitare l'uso dell'auto più di quanto non facciano con la ricarica convenzionale con l'elettricità di rete. Molte persone hanno una visione critica della ricarica con l'elettricità fotovoltaica: "Come posso usare la mia auto elettrica se deve stare alla stazione di ricarica durante il giorno, quando c'è il sole?" è un'opinione comune.

Lo studio dei ricercatori dell'ETH non conferma questo scetticismo, anzi: "I nostri risultati dimostrano che i proprietari di veicoli elettrici possono utilizzare le loro auto senza particolari restrizioni e allo stesso tempo caricarle in misura considerevole con la propria energia solare, anche senza stoccaggio intermedio", afferma Henry Martin, riassumendo il risultato principale dello studio. Martin è dottorando presso l'Istituto di Cartografia e Geoinformazione dell'ETH di Zurigo e fa ricerca all'Istituto di Ricerca Avanzata in Intelligenza Artificiale (IARAI) di Vienna. Lo studio degli scienziati dell'ETH è stato appena pubblicato sulla rinomata pubblicazione specializzata pagina esternaRecensioni su Energie rinnovabili e sostenibili pubblicato.

Dati reali degli utenti, resa virtuale del fotovoltaico

Lo studio si è concentrato su 78 utenti di veicoli elettrici. Le persone vivevano generalmente in una casa indipendente e utilizzavano spesso il loro veicolo durante la giornata. Il loro comportamento è stato registrato meticolosamente per dieci mesi. In questo modo, i ricercatori del Fare all'ETH hanno potuto sapere quando le auto elettriche viaggiavano, quando erano ferme e quando venivano ricaricate. I dati degli utenti provenivano dal progetto "SBB Green Class", in cui i privati potevano acquistare a pagamento un pacchetto di mobilità composto da un abbonamento GA e da un'auto elettrica con stazione di ricarica privata.

I proprietari di auto elettriche di solito ricaricano la propria auto presso la stazione di ricarica di casa utilizzando l'elettricità di rete. Sarebbero stati in grado di utilizzare la propria auto in modo altrettanto flessibile se l'avessero caricata con l'elettricità prodotta dal proprio impianto fotovoltaico? Per rispondere a questa domanda, René Buffat, collega di Henry Martin, ha dotato mentalmente le case dei 78 proprietari di e-car di un impianto fotovoltaico: A tal fine, ha individuato le rispettive case tramite l'indirizzo di domicilio, ha ricostruito la superficie del tetto disponibile utilizzando vari geodati e l'ha ricoperta virtualmente con moduli fotovoltaici. Utilizzando dati meteorologici storici con una risoluzione di 30 minuti, Buffat ha calcolato il potenziale rendimento dell'energia solare, tenendo conto, ad esempio, dell'ombreggiatura degli edifici vicini e degli alberi.

Alto autoconsumo grazie a un controllo intelligente

Grazie a questo modello di calcolo, i ricercatori di Fare all'ETH sapevano quanta elettricità fotovoltaica era decisa per ogni proprietario di e-car in qualsiasi momento per ricaricare il proprio veicolo. Hanno ipotizzato che l'energia solare fosse prioritariamente destinata alla ricarica del veicolo elettrico. La potenza massima di ricarica nel modello era di 11 kilowatt (kW). A seconda dell'abitazione, gli impianti fotovoltaici avevano una potenza di picco compresa tra 5 e 25 kW. In genere erano sufficienti per caricare l'auto corrispondente a piena potenza quando il sole splendeva.

Gli scienziati hanno calcolato, per quattro strategie di ricarica, quale percentuale della propria energia solare può essere utilizzata per caricare le auto elettriche, senza che gli utenti modifichino il loro comportamento di mobilità. Nel primo caso, le auto elettriche vengono caricate negli stessi orari di prima con l'elettricità di rete, ma ora con l'energia solare, se disponibile. Il risultato è sconfortante: in media, in questo caso solo il 15% del fabbisogno annuale di elettricità è coperto dall'elettricità fotovoltaica (il resto dall'elettricità di rete).

Il risultato è diverso con la strategia di ricarica 2, dove un semplice sistema di controllo intelligente (ricarica intelligente) assicura che la batteria venga caricata preferibilmente quando è disponibile l'energia solare dell'abitazione. In questo caso, più della metà (56%) del fabbisogno elettrico può essere coperto dall'energia solare del veicolo, senza l'utilizzo di un'unità di stoccaggio intermedia. "La percentuale elevata ci ha sorpreso", afferma Henry Martin, "La ricarica intelligente può aumentare in modo significativo l'autoconsumo di energia solare e il veicolo può essere utilizzato in modo altrettanto flessibile come se fosse caricato con l'energia di rete".

Algoritmi per la ricarica intelligente

Se il potenziale del controllo intelligente viene sfruttato in modo coerente (strategia di ricarica 3), i veicoli elettrici possono essere "riforniti" addirittura con il 90% della propria energia solare. Se l'elettricità fotovoltaica viene immagazzinata in un'unità di stoccaggio (strategia di ricarica 4), i veicoli sono praticamente alimentati esclusivamente dall'energia solare. Tuttavia, i ricercatori di Fare ricerca all'ETH sono ambivalenti riguardo ai sistemi di accumulo intermedi: possono aumentare un po' l'autoconsumo di elettricità verde fotovoltaica. Tuttavia, il bilancio di sostenibilità dell'intero sistema di ricarica è offuscato dal fatto che la produzione dei sistemi di accumulo dell'elettricità genera rilevanti emissioni di CO₂-quantità.

"Il nostro caso di studio dimostra il potenziale finora inutilizzato della ricarica intelligente per una fornitura decentralizzata e rispettosa della rete di energia rinnovabile", afferma Martin Raubal. Il suo dipartimento sta attualmente sviluppando strategie di apprendimento automatico con l'obiettivo di prevedere il rendimento solare e il comportamento degli utenti nel modo più accurato possibile. Queste strategie costituiscono la base per lo sviluppo di algoritmi di ricarica intelligenti, che presto dovrebbero essere utilizzati come standard nelle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici.