Ottimizzazione della resa energetica di un sistema elettrico isolato alimentato da fonti rinnovabili ed integrato con un sistema di accumulo energetico di tipo elettrochimico.

This work presents the modeling and sizing of an off-grid electrical system powered by hybrid renewable sources, namely hydroelectric and photovoltaic, integrated with an electrochemical energy storage system. The implementation in Simulink, through the MATLAB interface, enabled the algorithmic synthesis of equivalent models of the employed subsystems, adopting operational strategies aimed at both technical and economic optimization. Coordination and consistency among the various components are ensured through the adoption of dedicated control algorithms and the use of innovative technologies, such as the Variable Speed Operation (VSO) turbine and the Variable Frequency Generator (VFG), which are essential for achieving a dynamically optimal operating point. Further integrations included the implementation of an MPPT (Maximum Power Point Tracking) algorithm to optimize photovoltaic production, and a power factor correction system aimed at improving power quality and ensuring the proper operation of the off-grid system. The inclusion of AC/DC/AC electronic converters, used to maintain an independent supply frequency on the user side, required careful selection in terms of Total Harmonic Distortion (THD) and associated losses. The validity of the proposed design solutions was verified through simulations conducted over finite time intervals, sufficient to ensure the settling of dynamic transients representative of realistic non-stationary operating conditions.

Il presente lavoro propone la modellizzazione e il dimensionamento di un sistema elettrico off-grid alimentato da fonti rinnovabili ibride, quali l'idroelettrico e il fotovoltaico, integrate con un sistema di accumulo energetico di tipo elettrochimico. L'implementazione in ambiente Simulink ha permesso la sintesi algoritmica, tramite l'interfaccia MATLAB, dei modelli equivalenti dei sottosistemi utilizzati, adottando soluzioni operative orientate all'ottimizzazione tecnica ed economica dell'impianto. La coordinazione e la coerenza tra i vari componenti sono state garantite mediante l'adozione di algoritmi di controllo dedicati e l'impiego di tecnologie innovative, quali la turbina a velocità variabile (VSO) e il generatore a frequenza variabile (VFG), fondamentali per la definizione di un punto di lavoro dinamicamente ottimale. Ulteriori integrazioni hanno previsto l'implementazione di un algoritmo di ricerca MPPT (Maximum Power Point Tracking), finalizzato all'ottimizzazione della produzione fotovoltaica, e un impianto di rifasamento volto al miglioramento della qualità del servizio e al corretto funzionamento dell'impianto off-grid. La necessità di convertitori elettronici AC/DC/AC, per mantenere indipendente la frequenza di alimentazione lato utente, ha richiesto una selezione accurata in termini di contenuto armonico totale (THD) e delle relative perdite, in linea con le condizioni operative. La validità delle soluzioni progettuali è stata dimostrata mediante simulazioni su intervalli temporali finiti, sufficienti all'estinzione dei transitori dinamici, rappresentativi di condizioni operative non stazionarie realistiche.