De­sign e fo­to­vol­tai­co: pro­get­ta­re di­v­en­ta un gio­co per ar­chi­tet­ti

Progetti di ieri e di oggi per costruire l'università di domani

Come supportare il trasferimento tecnologico dei sistemi solari fotovoltaici dalla ricerca al mercato reale fornendo strumenti efficaci e affidabili agli operatori coinvolti nel processo? Oltre allo sviluppo e all’innovazione di prodotto, oggi sono sempre più rilevanti le forme di innovazione rivolte a sostenere il processo, dalla progettazione alla realizzazione.

Publikationsdatum
04-10-2017
Revision
04-10-2017

InSun SA nasce nel 2014 da un’idea di Marco Ferrarini, oggi fondatore e CEO dell’azienda, che ha applicato la sua esperienza nello sviluppo di soluzioni software e disegno CAD in un mondo nuovo, quello delle energie rinnovabili in cui gli strumenti di design e simulazione sono spesso orientati ai soli ingegneri e altri professionisti specializzati.

Il software sviluppato, denominato inSun, si propone oggi come una soluzione completa per il design e la simulazione di impianti fotovoltaici di ogni tipo, installati a terra o su edifici di qualsiasi dimensione e in ogni regione del mondo. Il suo utilizzo permette infatti in un tempo ridotto di completare la progettazione di un impianto fotovoltaico, considerando tutte le variabili importanti per una buona realizzazione. Lo strumento consente, attraverso una serie di passaggi guidati, di ottenere la simulazione della resa energetica con condizioni meteo tipiche del luogo in cui l’impianto fotovoltaico sarà installato, i disegni tecnici delle strutture di montaggio, del posizionamento dei moduli e dei cablaggi, oltre alla lista dei materiali e ad analisi finanziarie sul rendimento economico dell’installazione.

Tutta la parte di design dell’impianto e dell’ambiente costruito si avvantaggia di un potente motore grafico 3D, largamente utilizzato per videogiochi, che in questa applicazione è stato invece declinato a un utilizzo tecnico e scientifico. Lo stesso motore permette di avere un’analisi estremamente accurata, a livello di ogni cella dei moduli fotovoltaici, in grado di considerare ombre e perdite energetiche causate dagli oggetti presenti nella scena. Questo aspetto risulta fondamentale per la valutazione delle prestazioni di impianti fotovoltaici, in quanto può essere causa di una perdita della risorsa sfruttata per la conversione elettrica, che in casi particolarmente problematici può superare il 10%.

Il tool è completamente basato su web e quindi accessibile immediatamente all’interno di ogni browser senza la necessità di installare alcun applicativo. Sfrutta tutti i vantaggi delle più moderne tecnologie cloud, quali robustezza, scalabilità e performance. Inoltre i database dei componenti sono online, e quindi sempre aggiornati con i modelli più recenti.

Rispetto ad altri strumenti di simulazione simili già esistenti, il software inSun si distingue per un approccio maggiormente legato alle dinamiche reali di mercato, consentendo un’integrazione molto dettagliata dei prodotti presenti sul mercato. Questo approccio permette ai produttori di pannelli, inverter e sistemi di montaggio di valorizzare le peculiarità dei loro prodotti, sia in fase di progettazione che di simulazione della resa energetica. Inoltre, a differenza degli altri software per il design fotovoltaico, inSun include anche parametri relativi alla statica, alla resistenza di sistemi al vento e alla neve, ai sistemi di aggancio, ai diversi tipi di copertura e alle aree di rispetto dei diversi componenti dell’ambiente costruito.

Nel 2015 InSun SA inizia la collaborazione con l’Istituto sostenibilità applicata all’ambiente costruito (ISAAC) della SUPSI che, grazie alla sua trentennale esperienza in ambito fotovoltaico, ha saputo sviluppare delle funzionalità avanzate che mancavano al tool riguardo al design elettrico di impianti fotovoltaici. In questo modo l’azienda ha potuto completare le proprie competenze di sviluppo software e design con la modellistica matematica applicata agli impianti solari.

La collaborazione, nata come attività di consulenza, prosegue ancora oggi grazie al progetto di ricerca DesignPV relativo allo sviluppo di uno strumento che permetta di ottimizzare in automatico le scelte progettuali, migliorando le prestazioni energetiche e finanziarie dell’impianto fotovoltaico. Al progetto, finanziato dalla Commissione per la Tecnologia e l’Innovazione (CTI), partecipano anche l’Azienda Elettrica Ticinese e Solar Retrofit, produttore ticinese di una soluzione innovativa per l’integrazione di moduli fotovoltaici sulle facciate degli edifici. Grazie ai loro sistemi sarà possibile validare sul campo i modelli sviluppati.

In generale le performance degli impianti fotovoltaici sono influenzate da diversi aspetti particolarmente complessi, che includono dati meteorologici e parametri elettrici. L’ottimizzazione del design di impianto deve quindi tener conto di numerose variabili ambientali e tecnologiche:

  • profili orari di irraggiamento e temperatura tipiche per la zona considerata;
  • profilo dell’orizzonte circostante, dovuto a colline e montagne;
  • orientamento dei moduli, ovvero quanto sono inclinati rispetto all’orizzontale e come sono collocati rispetto alla linea nord-sud;
  • ombreggiamenti dovuti a edifici vicini, alberi o altri ostacoli come camini, impianti di aerazione e antenne;
  • caratteristiche tecniche dei componenti elettrici scelti, in particolare moduli fotovoltaici, inverter e cavi;
  • accoppiamento della produzione energetica e del consumo dell’utente, al fine di raggiungere un buon autoconsumo dell’energia prodotta e quindi una migliore rendita economica.

Per lo sviluppo degli algoritmi di ottimizzazione il progetto ha coinvolto anche con l’Istituto Dalle Molle di studi sull’intelligenza artificiale (IDSIA), affiliato a SUPSI e USI, che vanta una notevole esperienza nello sviluppo di algoritmi di simulazione.

Il progetto DesignPV terminerà a fine 2017, ma si prevede che la collaborazione tra InSun SA e l’ISAAC continui con profitto anche negli anni a seguire. Il fotovoltaico è infatti un settore in continua crescita, sia tecnologica che di mercato. Saranno quindi presto necessari nuovi modelli matematici per simulare moduli bifacciali (che trasformano l’irraggiamento che ricevono da entrambe le facce) e modelli per integrare e ottimizzare l’utilizzo di batterie per lo stoccaggio di energia elettrica all’interno degli impianti elettrici residenziali e industriali.

Questo non è il primo esempio di collaborazione tra l’ISAAC e le aziende del territorio ticinese, segue infatti le esperienze effettuate con Designergy (produttori di moduli BIPV che integrano in un unico elemento costruttivo anche uno strato di isolante termico) e Solar Retrofit (produttore di strutture per il montaggio di moduli in facciata). In entrambi i casi l’ISAAC si è occupato dello sviluppo del prodotto, della caratterizzazione e dell’ottimizzazione delle performance del sistema multifunzionale in condizioni operative.

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