[SW] Project Halibut: un simulatore di accumulo con profilazione carichi

[rob_nosfe]

Su richiesta di Scresan ripubblico una mia discussione in questa stanza.

Questo è un simulatore di accumulo con rudimentale profilazione carichi che a differenza di tutti i configuratori online si basa su un anno intero di dati reali sia di produzione che di consumo.

I dati sono stati rilevati da casa mia + alcuni impianti di miei ex-clienti tramite sistemi di monitoraggio con precisione al minuto.
I dati sono stati tutti verificati a mano, a volte rettificati, spesso integrati perché bucati.

Oltre ai dati reali di produzione e consumo, con la tipica aleatorietà del mondo reale, potete simulare 3 componenti aggiuntivi:

• sistema di accumulo con capacità e potenza di scarica configurabili
• boiler scaldacqua a resistenza o in pompa di calore
• auto elettrica con percorrenza e velocità di carica configurabili

Tutto è partito perché alle solite riunioni di formazione per installatori, vedevo tutti i produttori di accumuli dimensionarli sul "giorno medio mensile" o peggio ancora sul "giorno medio annuo" mentre io avevo il sospetto che questa generalizzazione non andasse bene per un accumulo.

Arrivati nel frattempo al 2021 di profilatori di carico sono ormai pieni i simulatori, qualunque produttore di inverter ne ha uno online.
La differenza è che qui i profili sono quelli registrati per un anno ogni minuto nei dintorni di Vicenza nel biennio 2015-2016.
E' stato un ottimo periodo da circa 1300 ore equivalenti quindi direi che il dato è corretto per tutto il nord Italia.

Oltre ai dati aggregati a fine anno è possibile anche vedere un grafico di dettaglio di un giorno qualunque dell'anno.
Per il grafico si può scegliere qualunque data, i valori aggregati a fine anno non cambiano.
Serve solo a soddisfare la propria curiosità e a capire/spiegare meglio come gira l'energia nel sistema elettrico di un'abitazione.

Si tratta di un foglio Excel da circa 40 MB con tutte le formule visibili, nessuna password.
Vista la mole di dati ho disattivato il ricalcolo automatico.
Per applicare ogni modifica premete F9 e aspettate.

Aggiornamento 12/02/2021: aggiunta possibilità di sottodimensionare inverter rispetto a fotovoltaico

Link per il download: https://www.energeticambiente.it/labenergie/downloads/dimensionare-il-sistema-di-accumulo-e-relativo-inverter-per-impianto-fotovoltaico/

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[rob_nosfe]

 

[rob_nosfe]

FAQ

Perché "Project Halibut"?

Perché ogni mia minchiata riguardante le energie rinnovabili si becca il nome di un pesce esotico.
L'halibut è un bestione da un quintale e mi sembrava adatto per un grosso foglio Excel.​

A cosa mi serve?

• A fare un dimensionamento ragionato di un accumulo
• A chiarirsi le idee su come funziona un accumulo
• A sbugiardare un venditore aggressivo
• A capire quanto mi costa mantenere un boiler scaldacqua in pompa
• A capire quanto mi costa mantenere un'auto elettrica

Perché è così grosso?

Perché contiene 500 mila letture reali di produzione + consumo.
Le formule non sono complesse, sono i dati che sono tanti.​

Perché è così lento?

Perché ogni giorno l'accumulo non parte da zero. Eredita il suo stato di carica dal giorno prima.
Quindi è quasi tutta elaborazione a single-thread.​

Perché non funziona con Office365?

Perché certe formule usano la funzione CELL() che non è supportata da Excel365.​

Dà risultati attendibili?

Ufficialmente no ovviamente, perché si potrebbe obiettare che il sole può essere stato particolare, che i consumi non sono verificabili, etc.
Però se lo chiedete a me, in presenza di un dettaglio così sottile su un campione così numeroso, vince la legge dei grandi numeri.
Ma ufficialmente sono costretto a dirvi che "No, non può avere alcuna presunzione di attendibilità".​

Come si legge il grafico?

Ho visto di tutto nei sistemi di monitoraggio, e non ho trovato una singola soluzione grafica che non diventasse incomprensibile una volta inserito l'accumulo.
Questa visualizzazione non ha sovrapposizioni multiple da interpretare né fa uso di valori Y negativi (sotto l'asse X), espediente grafico corretto ma poco comunicativo.
Vedrete sempre solo 2 curve: produzione e consumi. L'accumulo non ha una sua curva: cambiano solo i colori delle aree sottese.

Dal punto di vista dei consumi abbiamo:​

• area arancio: energia da fotovoltaico
• area marrone: energia da batteria
• area rosa: energia da rete

Dal punto di vista della batteria abbiamo:​

• area gialla: in carica
• area marrone: in scarica

Dal punto di vista del punto di connessione (contatore) abbiamo:​

• giallo chiarissimo: immissioni
• rosa: prelievi

Ho messo in sovraimpressione sul quadrante anche il livello di carica dell'accumulo, sotto forma di percentuale.
Non vi confonda, è solo una comodità che non c'entra nulla con l'asse Y. Ci vorrebbe una seconda scala nel grafico, ma Excel non la supporta.​

Chi decide quanto produce il mio impianto?

Il tetto di casa mia è a sud senza ombre; nell'anno di riferimento ha fatto 1315 kWh/kWp.
Per impianti più piccoli o meno performanti potete cambiare liberamente la potenza nominale ma non simulare impianti est/ovest, etc.​

Non ho la batteria. Come la disattivo?

Indica Accumulo=0​

Non conosci le mie abitudini, quindi come adatti il profilo di consumo?

Nell'anno di riferimento ho consumato 2975 kWh.
Il profilo di carico viene brutalmente scalato in proporzione.​

Dove inserisco l'efficienza di conversione del mio sistema di accumulo?

Da nessuna parte, non l'ho implementata per svogliatezza.
Così come l'efficienza del ciclo di carica dell'auto elettrica (che nessuno dichiara).​

Dove inserisco l'autoscarica della batteria?

Niet. Non implementata.​

Non ho l'auto elettrica. Come la disattivo?

Indica Commuting=0​

Devo comprare l'auto elettrica. Come faccio a sapere quanto consumerà?

Le utilitarie consumano tutte circa 16 kWh/100 km.
Su SpritMonitor trovate dati più precisi.​

Io non carico l'auto elettrica tutte le notti. Come lo simulo?

Non l'ho implementato, ma con FV + accumulo mi pare sensato caricare l'auto un pochino ogni notte anziché metterla a bomba una volta alla settimana.​

Non ho il boiler. Come lo disattivo?

Indica Persone=0​

Che assurdità è mai questa? Perché c'è un parametro Persone?

Perché ho monitorato un anno intero di boiler a casa mia e penso di avere un'igiene personale nella media.
Il consumo giornaliero medio per persona è stato di circa 2+cos((mese-0,5)pi/6)
Il foglio si arrangia a tenere acceso il boiler di più o di meno in base anche alle persone da "lavare".​

Ho una pompa di calore monoblocco per sola acqua calda sanitaria. Posso simularla?

Sì, basta cambiare il COP medio e il consumo elettrico (non termico).​

Ho una pompa di calore per riscaldamento e ACS. C'è modo di simularla come se fosse uno scaldacqua?

No, se non in modo molto rudimentale, perché una vera PdC è modulante.​

Cosa indica il Transito giornaliero nella tabella riepilogativa sotto?

Indica i kWh transitati alla e dalla batteria in quel mese, diviso i giorni mensili.
Quel valore è la teorica batteria equivalente se avessimo usato l'espediente del "giorno medio", tecnica in genere usata dai configuratori di accumuli online.
Nella realtà nessun mese ha giornate tutte uguali, né come sole né come consumi.
Da lì potete scoprire ad es. che spesso d'estate la batteria vi serve meno di quanto pensate, sempre che non abbiate consumi notturni sistematici, come un'auto elettrica in carica notturna.​

Ho già un impianto FV con accumulo in 110% e sto pensando ad un'auto elettrica, posso calcolare il costo annuo?

Sì, facilmente. Imposta i dati attuali (consumi, FV e accumulo) senza auto, calcola le formule e scriviti da una parte il dato Totale/Prelievi/Con accumulo che trovi nella tabella sotto.
Ora imposta i dati previsti per l'auto e rifai il calcolo.
Fai la differenza dei prelievi rispetto a prima e moltiplicala per 0,16 (tariffa notturna approx) per avere il costo annuo dell'auto.​

Come sopra ma non in 110%

Per chi ha lo Scambio sul Posto o la Tariffa Onnicomprensiva il calcolo è più articolato ed esce parecchio dallo scopo del lavoro.​

 

[eroyka]

Ottimo lavoro nosferatu! Lo segnalo nella sezione articoli e sui social.

 

[rob_nosfe]

Eeeehhh! Sui social pure!
Allora ci metto il mio nome in un angolino e un link a EnergeticAmbiente.
Non che chiunque non li possa togliere, eh.


Ah, dimenticavo un dettaglio mica da ridere: allo stato attuale non si può simulare seriamente il comportamento di un accumulo lato DC.
Ci penserò...

 

[eroyka]

Grazie mille! Poi nei prossimi giorni ti contatto per un'ideuzza che mi gira in mente... per ora ottimo lavoro!

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Supporto multithreading
Ho ristrutturato una grossa parte della logica per permettere il multithreading.
Ora da me un ricalcolo completo avviene in 1,5 secondi circa, contro i 27 secondi precedenti.
Come compromesso ho accettato che lo stato di carica dell'accumulo a mezzanotte del cambio mese venga reimpostato ad un livello fittizio.
Assicuratevi di aver attivato il multithreading in Excel sotto Opzioni / Impostazioni avanzate / Formule / Consenti calcoli multithread

Aggiunta compatibilità con Office 365
Sostituiti comandi incompatibili con versioni meno eleganti ma funzionali.

Producibilità FV annua modificabile
Tecnicamente non è altro che un'altro fattore di scala per i valori di potenza da fotovoltaico, nulla che non si potesse già simulare prima barando sulla potenza nominale impianto.

Aggiunto calcolo perdita per sovraccarico inverter
Un altro mio giocattolo pubblicato qui dentro, Mola Mola, faceva esattamente questo e con poca fatica l'ho implementato anche qui.
In caso di sovradimensionamento la producibilità da indicare al punto precedente è al lordo del taglio in potenza.

Rinominate alcune diciture criptiche
DHW diventa "Scaldacqua" e altre correzioni di buon senso.

Aggiunta grafici in calce
Mi pareva sensato aggiungere 2 grafici più che ovvi: autoconsumo a confronto senza e con accumulo e kWh giornalieri medi accumulati mese per mese.
Dicono che le immagini parlano più delle parole...

Ottimizzazione dimensione file
Eliminato Calc Chain dall'xlsx (Excel se lo ricostruisce al primo avvio in base alle sue impostazioni di multithreading).
Sostituite formule eleganti ma inutili con valori hard-coded.
Compressione xlsx amanuense di livello 9. Siamo scesi da 40 a 30 MB.

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Distribuzione compressa
Reimpacchettato sotto forma di 7zip autoestraente, ora con 12 MB passa la paura.
Non spaventatevi se il foglio estratto pesa 300 MB: all'apertura Excel crea una nuova Calc Chain per il multithreading e reimposta la compressione standard.
Al primo salvataggio vedrete la dimensione scendere di botto a 50 MB.

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Ottimizzazione dimensione file
Se avete scaricato il file ieri siete stati fregati, perché oggi vi bastavano 6 MB.




A parte questa novità meno importante dell'antennina di un Neurio, volevo presentarvi uno scenario di utilizzo:
- Pronto? E' la CanistracciSolar? Mi chiamo Cliente De Clientis, ho un impianto da 3,8 kWp e voglio un accumulo. Le dico già che l'anno prossimo comprerò una DeLorean elettrica da 1,21 GW.
- Che accumulo mettiamo Sig. De Clientis?
- Non lo so, caro venditore, me lo dica lei. E' il suo lavoro...

10 minuti fa mi sono messo nei panni di De Clientis, e mi sono compilato la tabella che vedete in allegato qui, con i costi di mantenimento di un'ipotetica auto elettrica in base ai vari accumuli possibili. La rogna è che non ho idea di quanti chilometri faccia De Clientis...
In ascissa ho messo i vari accumuli, in ordinata i costi annui in bolletta. Le curve rappresentano gli scenari di percorrenza annua.
Per dovere di cronaca, si parla di costi totali previsti in prelievo, non soltanto l'auto.
Le curve sembrerebbero avere un gomito non sovrapposto, più o meno dove io ho arbitrariamente piazzato la retta tratteggiata, che suggerisce l'esistenza in uno "sweet spot" oltre il quale l'accumulo cessa o quasi di apportare benefici.

La curiosità secondo me sta nel fatto che la ricarica notturna sposta di molto l'accumulo "giustificabile", più di quanto io stesso mi sarei immaginato.
Ma voi ce li vedete 11 kWh su un 3,8 kWp? Eppure il tratteggio passa proprio di lì...

 

[Peace and Love]

Eh,la fai facile te,io non ho capito cosa significa è la differenza di costi tra soli prelievi da rete o prelievi di EE solo da accumulo ?Perchè in quel caso non capisco perchè sposti così tanto il costo in base ai km percorsi,per l usura del accumulo o perchè tu hai già stabilito un costo al kWh proveniente da accumulo e se i in base hai tuoi calcoli si può sapere qual è questo costo?

 

[Peace and Love]

Non ci arrivo,come hai stabilito il costo a 0 accumulo?Che auto hai preso a riferimento?

 

[rob_nosfe]

è la differenza di costi tra soli prelievi da rete o prelievi di EE solo da accumulo ?

Il simulatore offre spunti riflessivi di carattere tecnico, ma non contiene celle di calcolo in euro (l'hai aperto?).
Di euro parlavo io nel post precedente solo per fare un esempio di utilizzo in contesti reali.
Non credo abbia senso discutere ad esempio di che auto stiamo parlando, perché quel che volevo esporre era il procedimento, non i risultati nello specifico. Quelli li lascio ad ogni singolo caso concreto.
Personalmente ho impostato i dati della FAQ (l'hai letta?), ma voi siete liberi di simulare una Twizy o un Cybertruck.

Colgo l'occasione per esporre un altro scenario di utilizzo, che stavolta non c'entra nulla con i sistemi di accumulo.
Io non possiedo un sistema intelligente di ripartizione carichi, mi limito ad impostare la partenza ritardata per fare le lavatrici di giorno.
Però possiedo una pompa di calore monoblocco per acqua calda sanitaria che faccio partire con un timer alle 13.
Nel 2016 avevo pure sviluppato un firmware che decidesse quando farla partire, poi sono un po' tornato sui miei passi.
Ho scelto le 13 di ogni giorno per lasciare libero l'esubero energetico del fotovoltaico mattutino a copertura delle varie lavatrici che faccio.
Ora però simulando i dati vedo che l'orario che minimizza i prelievi annuali da rete sono le 11 di mattina, nonostante spesso la lavatrice "finisca lunga" su quell'orario.
Evidentemente pesano di più le volte in cui è il boiler ad "andare lungo" oltre il tramonto.
Nel grafico vedete i prelievi da rete del solo boiler se lo imposto per partire alle varie ore del giorno.

 

[Peace and Love]

Non conosco queste cose elettroniche come faccio specificatamente ad entrare nel tuo calcolo convenienza accumulo/rete VS ev?Le mie limitatissime conoscenze mi dicevano che dovrei inserire un dato nelle celle percorrenza ecc. E PREMERE INVIO...Funziona cosi?Fai conto di spiegarlo ad un ignorante. Ho LibreOffice ma penso sia ugualissimo.ps a cosa serve l odometro?

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Ottimizzazione dimensione file
Siamo scesi a 4 MB.

Aggiunto fingerprint
Che l'xls sia in regalo non significa che possiate spacciarlo per un lavoro vostro.

Bugfix
A causa di un refuso storico un passaggio usava l'anno commerciale fornendo risultati imprecisi.

Aggiunta compatibilità con OpenOffice / LibreOffice
Formule ora tutte compatibili, Libre supporta il multithreading dalla versione 6 con prestazioni paragonabili a Excel, almeno a casa mia.
Il grafico della giornata viene disegnato con le 3 serie dati impilate al contrario, rendendolo illeggibile. Invertitele come vedete in allegato, lasciando la serie SoC% in fondo allo stack.
Il ricalcolo manuale conflitta con il ridisegno dei grafici, usate il ricalcolo automatico (Dati / Calcola / Calcolo automatico).

 

[Peace and Love]

Scusa senza nessun titolo nè merito posso lo stesso fare una richiesta di modifica al grafico consumi auto?Ogni tua risposta da me sarà iper accettata....Non ho capito cè già la possibilità di avere quel grafico/tabelle in kWh?? ......Cioè tu hai scritto -------------------- Ho già un impianto FV con accumulo in 110% e sto pensando ad un'auto elettrica, posso calcolare il costo annuo?
Sì, facilmente. Imposta i dati attuali (consumi, FV e accumulo) senza auto, calcola le formule e scriviti da una parte il dato Totale/Prelievi/Con accumulo che trovi nella tabella sotto.
Ora imposta i dati previsti per l'auto e rifai il calcolo.
Fai la differenza dei prelievi rispetto a prima e moltiplicala per 0,16 (tariffa notturna approx) per avere il costo annuo dell'auto ------------ ..... Per poterlo usare su LibreOffice devo scaricarlo nuovamente?

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Decimati i dati 3X
Come esperimento sono stati decimati tutti i dati in ingresso 2X, 3X e 5X tramite semplice media aritmetica.
Sulla versione 3X i risultati a fine anno risultano praticamente identici, l'unica prevedibile imprecisione riguarda il "cloud edge" che su inverter sovraccaricati sottostima le perdite dello 0,2%.
Lo ritengo un compromesso accettabile per ottenere miglioramenti drastici in dimensione file e velocità di calcolo.

Attivato il ricalcolo automatico di tutte le formule
Con PC ragionevolmente moderni è ora tranquillamente possibile vedere i dati aggiornarsi in tempo reale (mezzo secondo o giù di lì, a casa mia), quindi ho attivato di default il ricalcolo automatico.

Nuovo grafico "Composizione consumi"
Lo trovate sotto agli altri, tanto per vedere a colpo d'occhio di che quantità relative stiamo parlando.

Eliminazione eseguibile 7zip
Distribuire il foglio mediante 7zip autoestraente non è più ragionevole vista la dimensione file drasticamente calata.
Un eseguibile non era comunque un buon biglietto da visita, e probabilmente qualche utente ha semplicemente evitato il download per paura di virus o altro.

 

[rob_nosfe]

Sposso lo stesso fare una richiesta di modifica al grafico consumi auto?

Certo, ma quel grafico riguarda l'intera abitazione, non è dedicato alla sola mobilità.
Se la mobilità fosse in un grafico separato in quale grafico si vedrebbe l'accumulo in fase di scarica?

Non ho capito cè già la possibilità di avere quel grafico/tabelle in kWh??

Tabella e grafici sotto sono già in kWh e per evitare fraintendimenti ho inserito ovunque l'unità di misura.
Ho l'impressione che tu sia alla ricerca di una tabella con i consumi mensili previsti per la sola mobilità.
In questo caso sappi che il simulatore di EV non discrimina né stagioni né giorni della settimana.
Ti basta prendere i consumi annui (cella I5) e dividere per 12 oppure per 365 per avere le informazioni che cerchi.
Con la versione di oggi trovi un nuovo grafico in calce, non so se ti torna utile.

Per poterlo usare su LibreOffice devo scaricarlo nuovamente?

Sì, soprattutto perché essendo costretto ad usare il ricalcolo automatico come ho scritto sopra, perlomeno con questa versione riesci a lavorarci senza stare in eterna attesa di elaborazione.

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Implementata efficienza di carica/scarica batteria
Attenzione che si tratta dell'efficienza "round trip", cioè tutto il ciclo di carica/scarica, compreso l'inverter.
Un paio di esempi:

• Powerwall 1 (92,5%) + Sunny Boy Storage (96,1%) = 0,925 * 0,961[SUP]2[/SUP] = 85,4%
• BYD B-Box (96%) + Kostal Piko MP (96,6%) = 0,96 * 0,966[SUP]2[/SUP] = 89,6%
• Powerwall 2 (90%) + inverter integrato = 90%

Entrambi i valori dichiarati di efficienza sono del tutto imprecisi, perché ogni produttore li dichiara alle condizioni che preferisce, ma piuttosto di niente meglio mettere il 90% e amen.

Aggiunto calcolo SoC medio mensile
Trovate una nuova colonna con cifre in verde sotto.

 

[rob_nosfe]

Un installatore mi ha fatto notare che la visualizzazione che mi sono inventato per il grafico giornaliero non è inedita, la usa il produttore tedesco Kostal.
Perfino il SoC % in sovraimpressione è identico. Giudicate voi stessi.
Mi chiedo solo come presentino graficamente un sistema ibrido pesantemente sovraccaricato in cui l'inverter taglia l'AC e i consumi sono parzialmente soddisfatti dal prelievo, ma conteporaneamente rimane produzione solare in DC che viene deviata alla carica di batteria.
Il mio simulatore funzionalmente lo supporta, ma non ho ancora pubblicato la funzione "hybrid" perché il grafico risultante è corretto ma incomprensibile.

 

[rob_nosfe]

Aggiornamenti della versione uploadata oggi:

Supporto inverter ibridi
Il grafico risultante non mi piace, ma i dati sono corretti.
Se impostate Connessione=DC la potenza dell'inverter di batteria diventa un generico limitatore di carica.
Il comportamento è il medesimo, e torna utile sia con inverter ibridi con l'uscita batteria sottodimensionata (es. Delios DLS-C o Fimer REACT), sia con batterie autolimitate in C2 (es. BYD).
L'efficienza da indicare è anche qui quella "round trip", non solo quella del litio. Tirandola per i capelli potremmo fingere che i DC/DC abbiano efficienza 100% e considerare "round trip" l'efficienza del litio X l'efficienza euro dell'inverter ibrido. Per non saper né leggere né scrivere indicate 94% e con i sistemi moderni più o meno ci siete.

Sostituita legenda del grafico giornaliero con dashboard
Copiata spudoratamente dalla visualizzazione dei monitoraggi Kostal, che ho scoperto l'altro giorno.

Profondità di scarica configurabile
Se il vostro accumulo ha la scheda tecnica con indicate capacità nominale e profondità di scarica (DoD, Depth of Discharge) potete scrivere le informazioni anche in questo modo.
Se invece indica la capacità effettiva, compilate quella e lasciate il DoD al 100%.
A livello di risultati non cambia nulla, è sempre una capacità non sfruttabile e l'unica differenza è grafica (e di marketing).