ソーラーホームシステム設計の環境・経済的最適化。LCAとLCCを組み合わせたアプローチ

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Sci. Total Environ..2020 Jul;744:140569. S0048-9697(20)34091-2. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140569.Epub 2020-07-11.

ソーラーホームシステム設計の環境・経済的最適化。LCAとLCCを組み合わせたアプローチ

Environmental and economic optima of solar home systems design: A combined LCA and LCC approach.

Federico Rossi
Miguel Heleno
Riccardo Basosi
Adalgisa Sinicropi

PMID: 32687999 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140569.

抄録

本論文では、ソーラーホームシステム（SHS）の経済的・環境的な最適設計を比較し、2つの最適値を近似する際の経済的インセンティブ（関税や技術コストなど）の役割を検討する。そのために、本研究では、太陽光発電システムと蓄電システムを含むユーザー規模の電気システムであるグリッド接続型SHSの環境・経済評価のための手法を提示する。提案する方法論は、混合整数線形計画法(MILP)による最適化、ライフサイクル評価、ライフサイクルコスト計算に基づいている。この方法論的枠組みは、イタリアの典型的なSHS設置を含むケーススタディに適用されている。環境最適設計の結果、3.25kWのPVを8.66kWhのニッケルコバルトマンガン電池で支援することで、SHSのコストは小型PVシステム（1kW未満）で最小化されることがわかった。結果は、環境最適構成が電池技術に依存しており、グリッド接続に比べて多額のコストがかかることを強調している。対照的に、経済的に最適な設計ソリューションは、環境面と経済面の両方の観点から、グリッドミックスよりも影響が少ない。バッテリーとPVコストの削減により、経済的最適設計の環境への影響は将来的に減少すると予想されています。

This paper compares the economic and environmental optimal design of Solar Home Systems (SHSs) and explores the role of economic incentives (such as tariffs and technology costs) in approximating the two optima. To achieve that, we present a methodology for the environmental and economic evaluation of grid-connected SHSs: user-scale electric systems involving a photovoltaic (PV) power system and a battery energy storage system. The proposed methodology is based on a mixed integer linear programming (MILP) optimization, life cycle assessment and life cycle costing. This methodological framework is applied to a case study involving a typical SHS installation in Italy. The results of the environmental optimal design brought to the evaluation of a 3.25 kW PV assisted by 8.66 kWh of nickel cobalt manganese batteries, whereas the costs of the SHS are minimized by a small PV system (less than 1 kW). Results underline that the environmental optimal configurations rely on battery technologies, which entails a significant cost compared to the grid connection. In contrast, the economic optimal design solutions is less impactful than the grid mix both from an environmental and economic points of view. Thanks to a reduction of batteries and PV costs, the environmental impact of the economic optimal design is expected to decrease in the future.