VALORIZZAZIONE DELL'ENERGIA FOTOVOLTAICA TRAMITE SISTEMI DI ACCUMULO (BESS): STRATEGIE DI ARBITRAGGIO NEL MERCATO ELETTRICO

In recent years, the electricity system has undergone a profound transformation, driven by the growing diffusion of renewable energy sources and the decarbonization objectives imposed at the European and international levels. In this context, photovoltaics has assumed an increasingly important role thanks to the significant reduction in installation costs and the rapid spread of its global deployment. However, the non-programmable nature of photovoltaic generation introduces new challenges for electricity system management and energy pricing. Specifically, the concentration of generation during the central hours of the day tends to reduce market prices precisely during peak generation times, resulting in revenue compression for renewable energy producers. This effect, known in the literature as "price cannibalization," represents one of the main economic challenges associated with the development of non-programmable renewable energy sources. At the same time, the operation of the electricity market, based on a marginal pricing mechanism, means that the price of energy is determined by the last unit of generation needed to meet demand. While this structure ensures efficient short-term resource allocation, it also exposes the system to significant price volatility, strongly influenced by the widespread availability of renewable sources. In this scenario, electrochemical storage systems, known as Battery Energy Storage Systems (BESS), emerge as a technological solution capable of mitigating the critical issues associated with the variability of renewable sources. BESSs allow excess energy produced during low-price hours to be stored and released during times of greater demand and higher prices, introducing new opportunities for economic optimization through arbitrage strategies. The integration of photovoltaic systems and storage systems is therefore a key element in increasing the flexibility of the electricity system and improving the valorization of energy produced from renewable sources. In particular, the ability to temporally modulate energy injection into the grid allows production to be partially decoupled from market price profiles, reducing exposure to cannibalization and increasing overall revenues. The objective of this paper is to analyze the role of storage systems in valorizing energy produced by photovoltaic systems, with particular reference to the development and application of arbitrage strategies in the electricity market. To this end, the functioning of the day-ahead market and the price formation mechanism are examined, followed by a detailed analysis of the technical and economic characteristics of photovoltaic systems and storage systems. The focus is then placed on operational strategies that optimize the use of BESSs by defining charging and discharging logics based on energy price trends. These strategies are finally applied to a case study to concretely assess the economic benefits of integrating photovoltaics and storage. The analysis therefore aims to highlight how storage systems can contribute not only to the stability of the electricity system but also to the economic sustainability of investments in renewable sources, assuming an increasingly central role in the energy transition process.

Negli ultimi anni, il sistema elettrico ha attraversato una profonda trasformazione, guidata dalla crescente diffusione delle fonti rinnovabili e dagli obiettivi di decarbonizzazione imposti a livello europeo e internazionale. In questo contesto, il fotovoltaico ha assunto un ruolo sempre più rilevante grazie alla significativa riduzione dei costi di installazione e alla rapidità di diffusione su scala globale. Tuttavia, la natura non programmabile della produzione fotovoltaica introduce nuove sfide nella gestione del sistema elettrico e nella formazione dei prezzi dell’energia. In particolare, la concentrazione della produzione nelle ore centrali della giornata tende a determinare una riduzione dei prezzi di mercato proprio nei momenti di maggiore generazione, dando luogo a fenomeni di compressione dei ricavi per gli stessi produttori rinnovabili. Questo effetto, noto in letteratura come “cannibalizzazione del prezzo”, rappresenta una delle principali criticità economiche associate allo sviluppo delle fonti rinnovabili non programmabili. Parallelamente, il funzionamento del mercato elettrico, basato su un meccanismo di prezzo marginale, implica che il prezzo dell’energia venga determinato dall’ultima unità di produzione necessaria a soddisfare la domanda. Tale struttura, se da un lato garantisce un’efficiente allocazione delle risorse nel breve periodo, dall’altro espone il sistema a una significativa volatilità dei prezzi, fortemente influenzata dalla grande disponibilità di fonti rinnovabili. In questo scenario, i sistemi di accumulo elettrochimico, noti come Battery Energy Storage Systems (BESS), emergono come una soluzione tecnologica in grado di mitigare le criticità associate alla variabilità delle fonti rinnovabili. Le BESS consentono infatti di immagazzinare l’energia prodotta in eccesso durante le ore a basso prezzo e di rilasciarla nei momenti di maggiore domanda e prezzo più elevato, introducendo nuove opportunità di ottimizzazione economica attraverso strategie di arbitraggio. L’integrazione tra impianti fotovoltaici e sistemi di accumulo rappresenta quindi un elemento chiave per aumentare la flessibilità del sistema elettrico e migliorare la valorizzazione dell’energia prodotta da fonti rinnovabili. In particolare, la possibilità di modulare temporalmente l’immissione in rete dell’energia consente di svincolare parzialmente la produzione dal profilo dei prezzi di mercato, riducendo l’esposizione ai fenomeni di cannibalizzazione e incrementando i ricavi complessivi. L’obiettivo del presente elaborato è analizzare il ruolo dei sistemi di accumulo nella valorizzazione dell’energia prodotta da impianti fotovoltaici, con particolare riferimento allo sviluppo e all’applicazione di strategie di arbitraggio nel mercato elettrico. A tal fine, viene esaminato il funzionamento del mercato del giorno prima e il meccanismo di formazione del prezzo, per poi approfondire le caratteristiche tecniche ed economiche degli impianti fotovoltaici e dei sistemi di accumulo. Successivamente, l’attenzione viene posta sulle strategie operative che consentono di ottimizzare l’utilizzo delle BESS, attraverso la definizione di logiche di carica e scarica basate sull’andamento dei prezzi dell’energia. Tali strategie vengono infine applicate a un caso studio, al fine di valutare concretamente i benefici economici derivanti dall’integrazione tra fotovoltaico e accumulo. L’analisi si propone dunque di evidenziare come i sistemi di accumulo possano contribuire non solo alla stabilità del sistema elettrico, ma anche alla sostenibilità economica degli investimenti in fonti rinnovabili, assumendo un ruolo sempre più centrale nel processo di transizione energetica.