Energy potential of a community

Abstract

This thesis considers the growing concern over carbon emissions and the European Union’s commitment to achieving carbon neutrality by 2050 through national climate and energy plans. These plans have led to a shift away from fossil fuels toward renewable energy sources, with residential Photovoltaic (PV) systems emerging as a sought-after solution. These decentralized energy systems offer greater efficiency and eco-friendliness. However, the adoption of PV systems also presents challenges related to solar resource availability, energy storage, and energy exchange in decentralized scenarios. This study explores these challenges and focuses on maximizing the energy consumption to maximize the benefits of PV systems. The study’s findings indicate that Energy Communities (EC) with energy storage perform better in terms of PV consumption compared to individual approaches. ECs demonstrate a high PV consumption due to surplus PV energy being shared among houses. Importantly, the study found no adverse effects on transformers, even in a worst- case scenario, suggesting that decentralized PV systems can be integrated into existing infrastructure seamlessly. Additionally, the study demonstrated the distribution transformers in these commu- nities do not experience any noteworthy adverse effects. Even in the most unfavorable scenario, where individual PV systems lack storage, the highest observed increase in transformer demand was merely 16.74 kVA, which falls comfortably within acceptable thresholds. In summary, this research underscores the potential of PV systems in achieving carbon neutrality within the framework of national climate and energy plans. It also provides valuable insights into the advantages and challenges of decentralized energy systems, offering a path toward more sustainable and efficient energy consumption.

Esta tese considera a crescente preocupação com as emissões de carbono e o compro- misso da União Europeia em atingir a neutralidade carbónica até 2050, através dos planos nacionais de clima e energia. Estes planos conduziram a uma transição longe dos com- bustíveis fósseis em direção a fontes de energia renovável, com os sistemas residenciais de PV emergindo como uma solução muito procurada. Estes sistemas descentralizados de energia oferecem maior eficiência e amigabilidade para o ambiente. No entanto, a adoção de sistemas de PV também apresenta desafios relacionados com a disponibilidade de recursos solares, armazenamento de energia e troca de energia em cenários descentralizados. Este estudo explora esses desafios e concentra-se na otimização do consumo de energia para maximizar os benefícios dos sistemas de PV. Os resultados do estudo indicam que as EC com armazenamento de energia têm um melhor desempenho em termos de consumo de PV em comparação com abordagens individuais. As ECs demonstram um elevado consumo de energia PV devido à partilha de energia excedente de PV entre as habitações. Importante ainda, o estudo não encontrou efeitos adversos nos transformadores, mesmo no pior cenário, sugerindo que os siste- mas de PV descentralizados podem ser integrados na infraestrutura existente de forma harmoniosa. Adicionalmente, o estudo demonstrou que os transformadores de distribuição nestas comunidades não sofrem quaisquer efeitos adversos significativos. Mesmo no cenário mais desfavorável, onde os sistemas de PV individuais não têm armazenamento, o aumento mais elevado observado na procura de transformadores foi apenas de 16,74 kVA, o que se situa confortavelmente dentro dos limites aceitáveis. Em resumo, este estudo destaca o potencial dos sistemas de PV para atingir a neu- tralidade carbónica no âmbito dos planos nacionais de clima e energia. Também fornece informações valiosos sobre as vantagens e desafios dos sistemas de energia descentrali- zada, oferecendo um caminho em direção a um consumo de energia mais sustentável e eficiente.