
L’infrastruttura della rete elettrica come collo di bottiglia nella transizione energetica: sfide e soluzioni – Immagine: Xpert.Digital
La rete elettrica al limite: perché la transizione energetica della Germania è in stallo e quali soluzioni intelligenti possono aiutare ora
### Ingorgo sull'autostrada dell'energia: migliaia di impianti solari attendono di essere collegati: la transizione energetica rischia un blackout? ### Il trucco ingegnoso per la rete elettrica: come la "sovracostruzione" consente di risparmiare miliardi e di collegare immediatamente i parchi solari alla rete ### La bolletta elettrica nel 2025: chi beneficia delle nuove normative sulla rete e chi pagherà presto di più ### Reti intelligenti al posto di costosi cavi: come la tecnologia digitale sta rivoluzionando l'espansione della rete e riducendo i costi ###
Da nord a sud: perché la nostra rete elettrica sta diventando un collo di bottiglia e come le centrali elettriche virtuali possono evitare il collasso
La transizione energetica della Germania sta procedendo a un ritmo impressionante con l'espansione degli impianti solari ed eolici, ma il suo successo è appeso a un filo: l'obsoleta infrastruttura della rete elettrica. Quella che un tempo costituiva la spina dorsale affidabile dell'approvvigionamento energetico sta diventando sempre più il principale ostacolo alla trasformazione. Il problema fondamentale risiede nel cambiamento di sistema: da poche grandi centrali elettriche centralizzate a migliaia di generatori decentralizzati e dipendenti dalle condizioni meteorologiche. Le reti, progettate per un flusso unidirezionale dalla centrale elettrica al consumatore, non sono attrezzate per questo volatile traffico bidirezionale.
Le conseguenze sono già drammatiche: gestori di rete come Bayernwerk segnalano richieste di connessione per progetti di energia rinnovabile per un totale di oltre 60 gigawatt, ma non riescono a soddisfarle. In molte località, le reti operano al limite delle loro capacità, con tempi di attesa dai cinque ai quindici anni per la connessione di nuovi parchi solari. La situazione è aggravata dal noto divario nord-sud, dove un surplus di elettricità viene generato nel ventoso nord, che non raggiunge i centri industriali del sud. Intere strade sono già state dichiarate "non più collegabili", bloccando il boom dell'energia solare a livello locale.
Questa enorme sfida, tuttavia, richiede molto più della semplice e costosa costruzione di nuove linee elettriche. Sono necessari approcci innovativi e intelligenti per utilizzare le infrastrutture esistenti in modo più efficiente e plasmare il sistema energetico del futuro. Questi spaziano dalle reti intelligenti che coordinano la produzione e il consumo in tempo reale, alle centrali elettriche virtuali che combinano migliaia di piccoli impianti in un grande sciame, fino a concetti intelligenti come la "sovracostruzione" delle connessioni di rete e la "presa di immissione" proattiva. Queste soluzioni promettono non solo di accelerare la transizione energetica, ma anche di contenere i costi di espansione della rete in rapida crescita e, di conseguenza, i prezzi dell'elettricità per i consumatori. Il testo che segue evidenzia i colli di bottiglia più urgenti e presenta le soluzioni più promettenti che determineranno il successo o il fallimento della transizione energetica tedesca.
Adatto a:
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Perché l'infrastruttura di rete è un fattore critico per l'espansione delle energie rinnovabili?
L'infrastruttura di rete costituisce la spina dorsale di una transizione energetica di successo e, allo stesso tempo, ne rappresenta il principale ostacolo. Il problema risiede nel cambiamento radicale del sistema energetico: mentre in precedenza grandi centrali elettriche centralizzate producevano elettricità in modo prevedibile, che veniva poi trasportata ai consumatori attraverso la rete, oggi prevalgono fonti energetiche rinnovabili decentralizzate e volatili.
I progetti di parchi solari su larga scala richiedono reti robuste in grado di gestire la loro capacità di immissione. Tuttavia, molte reti stanno già operando al limite delle loro capacità e non possono accogliere capacità aggiuntiva. Bayernwerk, ad esempio, segnala richieste di connessione per oltre 60 gigawatt, e molti gestori di rete segnalano già tempi di attesa di 5-15 anni per le nuove connessioni.
La sfida è aggravata dal divario tra nord e sud della Germania: al nord, l'energia eolica genera più elettricità di quanta ne consumi, mentre il sud, con i suoi centri industriali, richiede più energia di quanta ne produca localmente. Questo problema diventerà ancora più evidente dopo l'eliminazione graduale dell'energia nucleare e la prevista dismissione del carbone.
Quali sono i colli di bottiglia specifici nel collegamento dei parchi solari alla rete?
I problemi pratici associati alla connessione dei parchi solari alla rete sono molteplici e interessano tutti i livelli di tensione. A livello di media tensione, dove sono collegati la maggior parte degli impianti fotovoltaici a terra tra 10 e 60 MW, le reti sono già ampiamente utilizzate in molte località. Le reti ad alta tensione offrono una capacità ancora maggiore, ma richiedono la costosa costruzione di sottostazioni dedicate.
Un esempio concreto è la situazione a Klettgau, nel Baden-Württemberg, dove il gestore di rete locale EVKR ha pubblicato un elenco di strade in cui "è altamente improbabile che possano essere collegati ulteriori nuovi impianti fotovoltaici". Tali colli di bottiglia nella rete fanno sì che anche gli impianti solari già installati non possano essere collegati alla rete.
I piani di espansione della rete dei gestori delle reti di distribuzione mostrano che molte aree delle reti a media e alta tensione sono designate come "regioni di strozzatura". Ciò comporta periodi di connessione sempre più lunghi, con alcuni progetti che non potranno essere collegati alla rete prima del 2030, poiché l'infrastruttura di rete locale deve prima essere ampliata.
Come si stanno sviluppando le tariffe di rete e quali sono le conseguenze?
Gli oneri di rete, che rappresentano circa un quarto del prezzo dell'elettricità, mostrano un andamento differenziato. I quattro principali gestori di reti di trasmissione hanno annunciato un aumento medio del 3,4%, a 6,65 centesimi per kilowattora, per il 2025. Questo aumento è dovuto principalmente agli ingenti investimenti nell'espansione della rete.
Allo stesso tempo, la standardizzazione a livello nazionale delle tariffe di rete entro il 2025 porterà a una distribuzione più equa dei costi. Ne trarranno vantaggio le regioni con un elevato livello di espansione delle energie rinnovabili: le tariffe di rete diminuiranno del 29% nello Schleswig-Holstein, del 29% nel Meclemburgo-Pomerania Anteriore, del 21% nel Brandeburgo e del 16% in Baviera.
Questa ridistribuzione tiene conto del fatto che le regioni con numerosi impianti di energia rinnovabile hanno dovuto in passato sostenere costi di espansione della rete sproporzionatamente elevati. Allo stesso tempo, le tariffe di rete stanno aumentando nelle regioni con una quota inferiore di energie rinnovabili, in particolare nel Baden-Württemberg, nella Renania-Palatinato e nella Renania Settentrionale-Vestfalia.
Cosa sono le reti intelligenti e come possono contribuire alla soluzione?
Le reti intelligenti, o smart grid, utilizzano tecnologie digitali per coordinare la produzione di energia elettrica, il funzionamento della rete, l'accumulo e il consumo. A differenza della rete elettrica tradizionale, che funzionava come una strada a senso unico dalla centrale elettrica al consumatore, le reti moderne devono gestire in modo affidabile flussi di energia bidirezionali e immissioni imprevedibili.
Una rete intelligente collega tutti i componenti del sistema elettrico: dai pannelli solari sul tetto alle batterie di accumulo in cantina, fino alle stazioni di ricarica per veicoli elettrici. Utilizzando contatori elettrici digitali e moderne tecnologie di comunicazione, questi sistemi possono reagire alle variazioni in tempo reale e bilanciare in modo ottimale domanda e offerta.
I sistemi di accumulo a batteria svolgono un ruolo centrale come componenti integranti delle moderne infrastrutture di rete. Stabilizzano la rete compensando le fluttuazioni a breve termine, consentono la gestione delle congestioni e aumentano la flessibilità del sistema nel suo complesso. L'accumulo mirato di energia può prevenire i sovraccarichi della rete e ridurre la necessità di costose espansioni dell'infrastruttura di rete.
Adatto a:
Quale ruolo avranno le centrali elettriche virtuali nel futuro sistema energetico?
Le centrali elettriche virtuali rappresentano una soluzione innovativa per una migliore integrazione delle energie rinnovabili. Collegano centinaia o migliaia di centrali di generazione decentralizzate, impianti di accumulo e utenze controllabili in una rete coordinata. Queste centrali elettriche a sciame possono complessivamente fornire la stessa quantità di elettricità delle grandi centrali elettriche convenzionali.
Il sistema di controllo centrale di una centrale elettrica virtuale monitora in tempo reale tutti gli impianti collegati e reagisce istantaneamente alle variazioni della rete elettrica. Se la produzione è troppo bassa, attiva ulteriori generatori di energia rinnovabile controllabili indipendentemente dalle condizioni meteorologiche, come impianti a biogas o centrali idroelettriche. Viceversa, in caso di sovrapproduzione, riduce di conseguenza l'immissione in rete.
Le moderne centrali elettriche virtuali utilizzano gateway di contatori intelligenti per un controllo conveniente di impianti di piccole dimensioni. Non solo consentono una migliore integrazione di sistema delle energie rinnovabili, ma creano anche un valore economico aggiunto per i gestori degli impianti attraverso un marketing ottimizzato su più mercati.
Che cosa si intende per sovrasviluppo e come può ridurre i colli di bottiglia della rete?
Costruire sui punti di connessione alla rete rappresenta un approccio promettente per un utilizzo più efficiente della rete. Ciò comporta il collegamento alla rete di centrali elettriche che, nel complesso, possono produrre più elettricità di quanta le linee siano teoricamente in grado di trasmettere. Il fattore cruciale è la combinazione di centrali elettriche che raramente operano simultaneamente a piena capacità.
Gli impianti eolici e solari si completano perfettamente: le turbine eoliche spesso producono la loro potenza principale di notte e in autunno o in inverno, mentre gli impianti solari generano la massima potenza a mezzogiorno e in estate. Uno studio della Federazione Tedesca per le Energie Rinnovabili (BEE) mostra che quando entrambi i sistemi funzionano con un'unica connessione, solo circa il 3,5% dell'energia solare e l'1,5% di quella eolica devono essere ridotti.
Bayernwerk ha già dimostrato come funziona questo tipo di espansione della rete: un nuovo impianto fotovoltaico è stato installato accanto a una turbina eolica esistente, collegata alla stessa rete. Entrambi i sistemi funzionano insieme, risparmiando a tutte le parti coinvolte e ai consumatori i costi di un'ulteriore espansione della rete. Il potenziale è considerevole: la sola rete di Bayernwerk potrebbe ospitare le 1.000 nuove turbine eoliche previste entro il 2030, utilizzando le connessioni fotovoltaiche esistenti.
Come funziona il concetto di presa di corrente?
La presa di alimentazione rappresenta un cambiamento paradigmatico nella pianificazione della connessione alla rete. Invece di un'infrastruttura in ritardo rispetto agli impianti di energia rinnovabile, viene fornita proattivamente capacità aggiuntiva, che gli sviluppatori di progetti possono poi richiedere.
Bayernwerk ha realizzato un allacciamento alla rete nella Bassa Baviera con questo approccio, a cui hanno potuto partecipare anche gli sviluppatori di impianti di energia rinnovabile. Quasi l'intera capacità è stata assegnata entro 24 ore, nonostante un requisito di peak shaving del 30%. Ciò migliora significativamente l'utilizzo delle linee e accelera notevolmente i progetti: dall'inizio dei lavori a marzo alla messa in servizio a novembre dello stesso anno.
LEW Verteilnetz e Bayernwerk Netz hanno ulteriormente sviluppato il loro progetto pilota congiunto "Presa di alimentazione", nell'ambito del quale entrambe le aziende creano autonomamente capacità di connessione aggiuntive presso le proprie sottostazioni. Bayernwerk sta progettando una nuova sottostazione a Niederviehbach, mentre LVN sta dotando la sottostazione esistente a Balzhausen di un trasformatore aggiuntivo.
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Al centro di questo progresso tecnologico c'è l'abbandono deliberato del fissaggio a morsetto convenzionale, che è stato lo standard per decenni. Il nuovo sistema di montaggio, più rapido ed economico, affronta questo problema con un concetto fondamentalmente diverso e più intelligente. Invece di fissare i moduli in punti specifici, questi vengono inseriti in una guida di supporto continua, appositamente sagomata, e tenuti saldamente. Questa progettazione garantisce che tutte le forze in gioco, siano esse carichi statici dovuti alla neve o carichi dinamici dovuti al vento, siano distribuite uniformemente su tutta la lunghezza del telaio del modulo.
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Infrastruttura digitale: come l'intelligenza artificiale e le reti intelligenti stanno trasformando la rete elettrica
Quali potenzialità offre la flessibilizzazione del sistema energetico?
La flessibilità del sistema energetico descrive la capacità di bilanciare le fluttuazioni tra produzione e consumo e di garantire la stabilità dell'approvvigionamento elettrico. Con l'obiettivo di raggiungere l'80% di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili entro il 2030, il sistema energetico deve diventare sufficientemente flessibile da garantire l'approvvigionamento anche durante i periodi di bassa produzione notturna.
Questa flessibilità può essere garantita da diversi componenti: accumulo di energia, carichi controllabili e centrali elettriche flessibili. Il potenziale di sistemi su piccola scala come impianti solari decentralizzati, batterie di accumulo, veicoli elettrici e pompe di calore è particolarmente promettente. Se la Germania avrà milioni di veicoli elettrici nei prossimi anni, 8.000 megawatt di flessibilità saranno rapidamente disponibili.
La flessibilità spaziale consente di compensare le fluttuazioni geografiche, come il noto collo di bottiglia nord-sud in Germania. La flessibilità temporale bilancia le fluttuazioni stagionali e giornaliere. Le soluzioni intelligenti di gestione energetica diventano così l'infrastruttura digitale per il settore energetico del futuro e possono prendere decisioni in tempo reale.
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Cosa significa l'accoppiamento settoriale per il carico della rete?
L'accoppiamento settoriale descrive l'integrazione dei settori precedentemente separati di elettricità, riscaldamento, trasporti e industria attraverso un maggiore utilizzo di energia elettrica rinnovabile. Questo sviluppo comporta un aumento significativo del consumo di elettricità e modifica contemporaneamente i profili di carico nella rete.
La Federazione Tedesca per le Energie Rinnovabili (BEE) prevede un fabbisogno elettrico aggiuntivo compreso tra 69 e 150 TWh per il 2030, dovuto all'accoppiamento settoriale. La domanda più elevata si registra nell'elettromobilità, con un massimo di 48 TWh, seguita dalle pompe di calore con 41 TWh, dalla produzione di idrogeno con 37 TWh e dalle caldaie elettriche industriali con 21 TWh.
Questo sviluppo pone nuove sfide alla rete elettrica: quando molte famiglie ricaricano le proprie auto elettriche contemporaneamente dopo il lavoro, si verificano nuovi picchi di carico. Le pompe di calore possono sostituire i sistemi di riscaldamento a gasolio e le caldaie a gas, ma richiedono una fornitura elettrica affidabile. Il controllo intelligente di questi nuovi consumatori sarà fondamentale per la stabilità della rete.
In che modo l'espansione proattiva della rete può risolvere i problemi?
L'espansione predittiva della rete elettrica rappresenta un cambiamento radicale nella pianificazione della rete. Invece di reagire solo quando vengono pianificati specifici impianti, l'infrastruttura della rete dovrebbe essere ampliata in modo proattivo per soddisfare le esigenze future.
Il problema del sistema attuale risiede nei tempi di implementazione diversi: gli impianti di energia rinnovabile possono essere costruiti in 5 mesi, mentre l'espansione della rete richiede dai 7 ai 10 anni. Questa discrepanza temporale comporta notevoli problemi di connessione e trasporto delle energie rinnovabili.
L'Associazione delle Imprese Municipali chiede un quadro normativo che consenta un'espansione lungimirante della rete. Ciò richiede modifiche in sei aree chiave: il superamento della natura retrospettiva delle pratiche normative, l'introduzione di una pianificazione di bilancio orientata al futuro e la riduzione degli ostacoli normativi per gli investimenti proattivi.
Un passo importante è stata la prima pubblicazione dei piani di espansione della rete da parte di circa 80 importanti gestori di reti di distribuzione elettrica tedeschi, avvenuta nel maggio 2024. Questi piani descrivono misure di espansione specifiche previste per gli anni 2028 e 2033, nonché stime delle esigenze di espansione fino al 2045.
Quale ruolo svolgono la digitalizzazione e l'automazione?
La digitalizzazione e l'automazione della rete elettrica sono essenziali per l'integrazione efficace delle energie rinnovabili. I moderni sistemi di automazione consentono di monitorare e ottimizzare il flusso di energia in tempo reale. L'automazione orientata alla domanda è particolarmente necessaria nelle reti a bassa e media tensione, dove è collegato oltre il 90% delle fonti di energia rinnovabile.
I gemelli digitali delle reti di distribuzione creano un'unica fonte affidabile di informazioni per gli operatori di rete, combinando diverse fonti di dati come contatori intelligenti, GIS, ERP e sistemi SCADA. Questi modelli di rete computazionali possono reagire dinamicamente a eventi come variazioni delle condizioni meteorologiche o dei carichi.
In futuro, le soluzioni software per la previsione delle condizioni di rete basate sull'intelligenza artificiale opereranno sulla base di modelli di rete basati su dati in tempo reale con profili di carico personalizzati. I programmi di supporto alle decisioni possono raccomandare misure basate sui colli di bottiglia identificati e sui relativi orizzonti temporali.
Lo studio VDE sull'elevata automazione dimostra che la gestione attiva della rete consente una più rapida integrazione di un maggior numero di impianti fotovoltaici e veicoli elettrici nella rete, poiché il flusso di energia può essere controllato in base alle esigenze. L'automazione consente inoltre il ripristino automatico dell'alimentazione in caso di interruzioni e un migliore utilizzo delle capacità di rete esistenti.
Quali sono le implicazioni economiche di queste soluzioni?
L'impatto economico delle diverse soluzioni è significativo e incide sia sui costi che sull'efficienza del sistema nel suo complesso. Secondo uno studio dell'Energy Economics Institute, l'installazione di impianti fotovoltaici ed eolici su connessioni di rete esistenti può ridurre i costi di espansione della rete fino a 1,8 miliardi di euro all'anno.
Sebbene il progetto di costruzione richiederebbe la riduzione di un numero maggiore di centrali elettriche, il risparmio sui costi di espansione della rete supererebbe di 800 milioni di euro i costi per l'elettricità ridotta. Questo guadagno netto di efficienza deriva dalla significativa riduzione degli investimenti in nuove infrastrutture di rete, con costi di riduzione solo leggermente superiori.
Si stima che gli investimenti necessari per l'espansione della rete elettrica europea entro il 2050 siano compresi tra 1.994 e 2.294 miliardi di euro. Solo per la Germania, diversi studi indicano che saranno necessari in media 350 miliardi di euro per l'espansione della rete di distribuzione entro il 2045. Queste cifre enormi sottolineano la necessità di soluzioni efficienti.
Allo stesso tempo, un migliore utilizzo della rete porta a una riduzione dei costi specifici: maggiore è la quantità di elettricità trasportata attraverso la rete, migliore sarà la distribuzione dei costi di rete per kilowattora. La combinazione di sviluppo infrastrutturale, reti intelligenti e sistemi di accumulo a supporto della rete può rendere il sistema più efficiente e ridurre i costi complessivi della transizione energetica.
In che modo la politica e la regolamentazione possono supportare la trasformazione?
Il quadro politico e normativo è fondamentale per il successo dell'espansione dell'infrastruttura di rete. La "Legge di modifica della legge sul settore energetico", approvata nel gennaio 2025, ha già tracciato un percorso importante, creando la base giuridica per l'espansione della rete.
Con la modifica dell'articolo 8 della Legge sulle Fonti Energetiche Rinnovabili (EEG), gli impianti di energia rinnovabile possono ora essere collegati a un punto di connessione alla rete già utilizzato da un altro impianto di energia rinnovabile. Il nuovo articolo 8a dell'EEG consente inoltre accordi di connessione alla rete flessibili, necessari per l'attuazione pratica del raggruppamento dei cavi.
Un altro fattore critico è l'accelerazione dei processi di pianificazione e approvazione. I gestori di rete richiedono più decisioni amministrative in tempi più rapidi, poiché ogni giorno è necessario costruire e integrare nella rete 12 turbine eoliche per raggiungere gli obiettivi climatici. Ciò richiede personale e risorse migliori per le autorità di pianificazione e approvazione, nonché per i tribunali.
La priorità giuridica assegnata alle energie rinnovabili nella Legge sulle Fonti Energetiche Rinnovabili (EEG) del 2023 implica anche la priorità per l'ampliamento della rete di distribuzione. È necessario sfruttare le sinergie nelle valutazioni di impatto ambientale, abilitare processi di approvazione paralleli e congelare lo stato delle leggi vigenti all'avvio delle procedure.
Adatto a:
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Quali innovazioni tecnologiche plasmeranno il futuro?
Diverse innovazioni tecnologiche definiranno in modo significativo il futuro dell'infrastruttura di rete. Le linee di trasmissione ad alta tensione in corrente continua consentono il trasporto di grandi quantità di elettricità su lunghe distanze con perdite ridotte e sono particolarmente rilevanti per il gradiente di potenza nord-sud in Germania.
Le tecnologie Power-to-X aprono nuove possibilità per l'integrazione tra settori: il Power-to-heat può utilizzare l'elettricità per generare calore, mentre il Power-to-gas consente la conversione dell'elettricità in idrogeno. Queste tecnologie possono fungere sia da opzione di flessibilità che da soluzione di stoccaggio a lungo termine.
La tecnologia di misurazione e controllo intelligente costituirà la base per tutte le altre innovazioni. I gateway per contatori intelligenti consentono il controllo conveniente di sistemi di piccola scala e l'integrazione di abitazioni private in centrali elettriche virtuali. L'implementazione diffusa di questa tecnologia è un prerequisito per la completa digitalizzazione del sistema energetico.
L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico vengono sempre più utilizzati per la previsione delle condizioni della rete, la previsione del carico e il processo decisionale automatizzato. Queste tecnologie consentono di gestire e controllare in modo ottimale la complessità del futuro sistema energetico.
Quali sfide restano?
Nonostante le soluzioni promettenti, permangono sfide significative. La rapidità della necessaria espansione della rete pone a tutti gli stakeholder compiti enormi: gli investimenti previsti nella rete devono aumentare da circa 36 miliardi di euro all'anno a oltre 70 miliardi di euro.
La carenza di manodopera qualificata nel settore energetico sta aggravando ulteriormente la situazione. Allo stesso tempo, i colli di bottiglia nella fornitura di trasformatori, cavi e altri componenti della rete stanno causando ulteriori ritardi. Queste interruzioni della catena di approvvigionamento possono rallentare l'intera espansione della rete, indipendentemente dai finanziamenti disponibili.
Il coordinamento tra i diversi attori – gestori del sistema di trasmissione, gestori del sistema di distribuzione, produttori e consumatori – rimane complesso. Qualsiasi ritardo in una componente del sistema può avere ripercussioni sull'intero sistema.
I quadri normativi devono essere costantemente adattati alla rapida evoluzione delle tecnologie e delle condizioni di mercato. Ciò che oggi è considerato ottimale potrebbe rivelarsi obsoleto nel giro di pochi anni. Trovare il giusto equilibrio tra la necessaria regolamentazione e la flessibilità necessaria per l'innovazione rimane una sfida.
È necessario continuare a garantire l'accettazione pubblica della massiccia espansione dell'infrastruttura di rete. La partecipazione dei cittadini e una comunicazione trasparente sono fondamentali per il successo dei progetti di espansione della rete.
L'infrastruttura della rete elettrica è fondamentale per la transizione energetica e ne determina in modo significativo il successo. Approcci innovativi come l'espansione della rete, le reti intelligenti, le centrali elettriche virtuali e la pianificazione proattiva possono superare i colli di bottiglia esistenti. Una combinazione di innovazioni tecnologiche, adeguamenti normativi e investimenti sostanziali sarà necessaria per rendere la rete a prova di futuro. Solo in questo modo sarà possibile liberare appieno il potenziale delle energie rinnovabili e raggiungere gli obiettivi climatici.
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