Modellazione e simulazione di produzione e accumulo dell'energia in ambito domotico

This thesis focuses on the study and the development of a software tool for the simulation of production, storage and exchange of electric energy in home automation systems. Basic concepts of home automation systems are introduced and the main technologies for energy production and storage are presented in order to describe the application context and the premises of the work. The research on simulation tools for home automation carried on at the LabMACS (Laboratory of Modeling, Analysis and Control of Discrete Systems) of Università Politecnica delle Marche in recent years is reviewed in the light of the evolving legislation on the market of electric energy and of the current technology. In particular, it is shown how the interest on self-consumption and autonomy has grown to become a key factor in the design and management of home energy systems. The developed simulation tool, called EPSS (Energy Production and Storage Simulator), uses a Petri Net to represents components of the system and to model power production and power exchange between them. The chosen approach results simple and e cient both from the point of view of modeling and from that of defining and implementing energy management policies. Furthermore, it facilitates the integration of components of various types for production and storage of electric and thermal energy. Structure and operation of the EPSS are described in details and performances are analyzed by comparison with real system in various situations. Results show the reliability of the EPSS as a tool for design and sizing home automation systems to satisfy user’s requirements and to achieve satisfactory levels of self-consumption and autonomy. Future developments of this work include the construction of appropriate user interfaces, the study of additional components and the integration of the EPSS into loads control and management systems in order to optimize the demand-response behavior

Questa tesi si occupa dello studio e dello sviluppo di uno strumento di simulazione dei flussi energetici all’interno di sistemi domotici di produzione e accumulo dell’energia elettrica. Dopo aver introdotto il concetto di sistema domotico e aver richiamato le principali tecnologie utilizzate per la produzione e gestione dell’energia elettrica in ambito domestico, viene descritto il contesto applicativo e vengono illustrati i presupposti al lavoro di tesi. In particolare, viene ripercorsa l’evoluzione dei simulatori di ambienti domotici sviluppati nel corso degli anni all’interno del LabMACS(Laboratorio di Modellazione, Analisi e Controllo dei Sistemi Dinamici) dell’Università Politecnica delle Marche e vengono discusse le modifiche apportate nel tempo ai vari sistemi di incentivazione per favorire l’autoconsumo energetico. Lo strumento di simulazione, denominato EPSS (Energy Production and Storage Simulator), utilizza un modello basato su Reti di Petri per la descrizione dei componenti del sistema e dei flussi energetici, che risulta semplice ed e - cace sia in fase di modellazione che in fase di definizione e implementazione di opportune politiche di gestione. Inoltre, esso facilita l’integrazione di componenti di vario tipo, sia per la produzione che per l’accumulo di energia sotto varie forme (elettrica e termica). Vengono descritti la struttura e il funzionamento dell’EPSS e vengono analizzate le sue prestazioni in confronto con sistemi reali di varia complessità. I risultati ottenuti mostrano l’a dabilità dell’EPSS come strumento di supporto alla progettazione e al corretto dimensionamento di sistemi domotici in relazione agli utilizzi previsti. Questo facilita la realizzazione di sistemi capaci di raggiungere obiettivi di autoconsumo ed autonomia energetica che siano premianti nella situazione attuale. Gli sviluppi futuri prevedono la realizzazione di adeguate interfacce utente, lo studio di componenti aggiuntivi e l’integrazione dell’EPSS in sistemi di controllo e gestione dei carichi per l’ottimizzazione delle politiche di demand-response.