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Cos'è
A cosa serve
Come funziona
Prerequisiti utente
Quanto costa
Incentivi economici
Benefici
Dimensionamento
Componenti
Tempo di vita dell'impianto
Alternative tecnologiche
Modalità di utilizzo
Sostituisce il collegamento alla rete elettrica nazionale?
Se va via il sole? E di notte?
Nel caso di black-out?
Cos'è
Un pannello piano o un film sottile di forma qualsiasi, in grado di captare i raggi del Sole e convertirli in energia elettrica.
Si definisce impianto o sistema fotovoltaico un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che concorrono a captare e trasformare l'energia solare disponibile, rendendola utilizzabile sotto forma di energia elettrica.
A cosa serve
A produrre energia elettrica per alimentare sia le utenze connesse alla rete elettrica sia le utenze isolate.
Un impianto fotovoltaico ha lo scopo di generare energia elettrica; l'energia prodotta può essere utilizzata per due scopi principali:
Alimentare utenze connesse alla rete (impianti grid connected)
Le applicazioni degli impianti connessi alla rete sono:
Come funziona
Sfrutta le proprietà di alcuni materiali semiconduttori (fra cui il silicio) che opportunamente trattati e collegati producono elettricità se colpiti dalla radiazione solare, senza parti in movimento e senza l'uso di alcun combustibile.
I pannelli vengono installati sul tetto o integrati nelle costruzioni e devono essere rivolti a sud per meglio captare la radiazione solare. Il dispositivo più elementare capace di operare una conversione dell'energia solare è la cella fotovoltaica, che ha le dimensioni di un quadrato di circa 12 cm di lato ed è in grado di generare circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando si trova ad una temperatura di 25 °C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione solare pari a 1.000 W/m2.
La potenza in uscita da un dispositivo fotovoltaico che lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) o potenza nominale ed è un valore che viene usato come riferimento per confrontare tra loro impianti diversi.
Nei sistemi fotovoltaici isolati l'immagazzinamento dell'energia avviene, in genere, mediante accumulatori elettrochimici (tipo le batterie delle automobili). Tali accumulatori permettono di far fronte a punte di carico senza dover sovradimensionare i generatori e garantiscono la continuità dell'erogazione dell'energia anche in caso di basso o nullo irraggiamento (come di notte) o di guasto temporaneo dei generatori.
Prerequisiti utente
Serve un tetto, o comunque uno spazio con esposizione a Sud (la posizione del sole a mezzogiorno). Verificare inoltre che durante tutto l'anno non ci sia copertura del pannello (generatore fotovoltaico), nemmeno parziale, da parte di: camino, parabola, alberi, edifici, montagne, ecc.
Prima di installare un impianto occorre verificare che non ci siano vincoli sul luogo di installazione (ad esempio: edifici storici, ecc.) imposti dal regolamento edilizio del proprio comune. In genere un generatore fotovoltaico viene integrato nell'edificio o in strutture già esistenti, ma se non ci sono esigenze di tipo architettonico l'inclinazione dei moduli viene scelta pari alla latitudine del luogo in cui avviene l'installazione diminuita di circa 10 gradi, in modo da massimizzare la radiazione solare incidente e quindi l'energia prodotta.
La producibilità di un sistema fotovoltaico, oltre che dalle dimensioni e caratteristiche dell'impianto, dipende dall'irraggiamento solare sul sito specifico e dalla presenza di ostacoli sul percorso solare che possono determinare l'ombreggiamento del generatore o di una sua parte.
Per valutare l'effettiva potenzialità di un impianto è indispensabile conoscere le ORE EQUIVALENTI cioè le ore annue di funzionamento nelle condizioni standard (circa 1200h a Milano, 1500h a Roma, 1800h a Palermo).
Le condizioni di irraggiamento italiane sono molto favorevoli, anche se molto variabili lungo la penisola. Per determinarle si possono usare le norme UNI 10349 sui dati climatici, le UNI 8477 sulla valutazione dell'energia raggiante ricevuta, software dedicati e le mappe isoradiative come l'Atlante Europeo della radiazione solare. Sul luogo di installazione dell'impianto è anche opportuno effettuare una valutazione dell'ombreggimento mediante misure dirette con appositi strumenti.
Impianti isolati
Almeno 10000 € per KW di picco installato; il costo dipende dalla riserva di energia che si vuole accumulare per operare nelle ore notturne o in mancanza di sole.
Incentivi economici
Incentivi nazionali
Per gli impianti che rispettano i requisiti stabiliti dalla legge si possono applicare, in alternativa, due diversi regimi incentivanti l'energia prodotta:
A questi incentivi si possono sommare alcune opzioni:
Conto Energia e scambio sul posto
Tutti gli impianti di potenza compresa tra 1 e 1000 kW che soddisfano i criteri per l'incentivazione della produzione di energia elettrica dalla fonte solare, beneficiano dell'incentivazione alla produzione di energia elettrica (Decreto Legislativo del 29 dicembre 2003 n.387, Decreto Attuativo del 28 Luglio 2005, Decreto Ministeriale del 6 Febbraio 2006). I benefici sono tariffe incentivanti per la produzione di energia elettrica differenziate in funzione della taglia dell'impianto incentivanti che si sommano alle risorse ottenute dal produttore per la vendita di energia:
(Tutte queste tariffe valgono solo per gli impianti per i quali la domanda verrà inoltrata nel 2005 e nel 2006, dopodichè il valore della tariffa sarà decurtato del 5% per ciascuno degli anni successivi al 2006 e aggiornato tenendo conto del tasso di inflazione).
Benefici
Benefici economici
L'incentivo in Conto Energia, è studiato per garantire un'equa remunerazione dei costi di investimento; grazie a questo contributo il tempo di ritorno sull'investimento viene stimato in circa 10 anni al nord Italia e circa 8 anni e mezzo al sud Italia.
Benefici ambientali
La produzione di energia elettrica attraverso generatori fotovoltaici esclude l'utilizzo di qualsiasi combustibile, quindi azzera le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra e di altri inquinanti. L'energia impiegata nel processo di fabbricazione dei generatori fotovoltaici viene recuperata in pochi anni di funzionamento dell'impianto.
Dimensionamento
Il dimensionamento di un impianto connesso alla rete dipende da:
- area disponibile per il generatore fotovoltaico;
- potenza massima fornita per contratto dal distributore (kW);
- consumi medi di energia (kwh);
- capitale disponibile per l'investimento.
L'impianto isolato va dimensionato secondo i seguenti parametri:
- energia giornaliera richiesta;
- potenza di picco;
- necessità di accumulo di energia;
- radiazione solare incidente;
- carichi/apparecchi da servire.
Più in dettaglio il dimensionamento di un impianto connesso alla rete dipende da:
- area disponibile per il generatore fotovoltaico - la superficie che è possibile utilizzare per installare un generatore fotovoltaico è quella orizzontale (ad esempio: tetto piano o terreno) o quella disponibile orientata a sud (ad esempio: tetto inclinato, facciata dell'edificio, pensiline, ecc.);
- potenza massima fornita per contratto dal distributore - la potenza dell'impianto che è possibile installare non può superare quella del collegamento alla rete stabilito per contratto con il distributore, altrimenti intervengono i sistemi di sicurezza a isolare l'impianto;
- consumi medi di energia - l'energia prodotta in eccesso viene remunerata solo dal conto energia, per lo scambio sul posto costituisce solo un credito per gli anni successivi, quindi generare energia sempre in eccesso equivale a regalare una quota dell'incentivo al distributore locale;
- capitale disponibile di chi fa l'investimento ñ l'investimento richiesto è cospicuo anche in caso di accesso agli incentivi.
Esempio: un pannello fotovoltaico connesso alla rete per la produzione di 1 kW di potenza costa circa 7000 euro, occupa una superficie di circa 8,5 mq ed è in grado di generare energia elettrica per 1.200 kWh/anno circa nelle regioni del Nord Italia e 1.500 kWh/anno circa nel Centro-Sud Italia a causa della diversa insolazione tra nord e sud.
Il dimensionamento di un impianto fotovoltaico per il servizio isolato è più complesso perchè deve soddisfare le utenze senza l'ausilio della rete elettrica:
- prima si fa la valutazione dei carichi: potenza e numero di ore giornaliere di funzionamento;
- si calcola l'energia giornaliera richiesta e si calcola la radiazione solare sul piano dei moduli;
- in base a questi dati si fa il dimensionamento del generatore fotovoltaico e dell'accumulo;
- l'inverter viene dimensionato in modo da soddisfare la potenza totale massima richiesta dall'utenza;
- il dimensionamento degli altri componenti si fa di conseguenza.
Componenti
Generatore fotovoltaico (modulo), inverter, contatore, eventuali accumulatori di energia e regolatore di carica (solo per impianti stand alone).
I moduli fotovoltaici sono costituiti da un certo numero di celle collegate in serie, normalmente 36 perchè in passato riuscivano a caricare una batteria da 12 Volt. I moduli sono ricoperti da uno strato di vetro spesso 3-4 mm o più che costituisce la struttura portante del modulo, le celle sono annegate in due strati di materiale plastico mentre lo strato posteriore è composto da tedlar o vetro, il tutto può avere una cornice esterna in alluminio. I moduli sono collegati in serie cosÏ da formare stringhe che a loro volta sono collegate in parallelo a formare il campo o generatore fotovoltaico.
Il generatore fotovoltaico viene collegato alla rete attraverso un inverter che trasforma la corrente continua prodotta in corrente alternata compatibile con la rete e permette di estrarre in ogni momento la massima potenza dal generatore fotovoltaico. Un contatore (meter) interposto tra l'inverter e la rete contabilizza l'energia prodotta dal generatore e quella assorbita dalla rete.
Gli impianti isolati sono in genere dotati di accumulo che è costituito da una serie batterie di tipo stazionario cha devono avere basso valore di autoscarica, lunga vita stimata, manutenzione quasi nulla, elevato numero di cicli di carica-scarica; un regolatore di carica preserva l'accumulo da cariche eccessive e evita il ritorno di energia verso il generatore fotovoltaico quando questo non produce.
Tempo di vita dell'impianto
Il tempo di vita di un impianto fotovoltaico dipende dai suoi componenti, in genere come riferimento per tutto l'impianto vengono presi i generatori fotovoltaici che hanno una durata media di 25 anni.
La durata media dei generatori fotovoltaici verificati da appositi organismi di certificazione è di circa 25 anni come gli anni della garanzia offerta da alcuni costruttori; gli inverter hanno un tempo di vita inferiore e in genere sono garantiti 2-5 anni. Gli accumuli di energia, spesso costituiti da speciali batterie, hanno una durata che varia tra i 5 e i 10 anni a seconda della tipologia.
Alternative tecnologiche
Alternative sui materiali captanti:
- silicio monocristallino: alti rendimenti (fino a 15%) e alti costi al metro quadrato;
- silicio policristallino: rendimenti più bassi (fino a 13%) e costi al metro quadrato inferiori, ma per raggiungere la stessa potenza di picco sono richieste superfici maggiori;
- silicio amorfo: rendimenti ancora più bassi (fino a 7%), costi al metro quadrato ancora più bassi ma sono necessarie superfici ancora maggiori; è possibile utilizzarlo su superfici curve.
Alternative sul tipo di installazione:
- generatori standard;
- generatori per integrazione architettonica.
Per quanto riguarda le celle, il silicio con cui sono costruite può essere di diversi tipi:
Celle in silicio monocristallino
Sono costituite da un unico cristallo di silicio, sono le celle a più alta efficienza perchè il reticolo atomico è perfetto. Si riesce ad ottenere efficienze della cella anche del 22 % (energia prodotta/energia incidente) mentre il rendimento tipico del modulo è del 15% a causa delle perdite indotte dai vari componenti del sistema quindi occorre una superficie di circa 8,5 mq per ottenere 1 kW di picco. I costi del monocristallino sono i più alti. Il limite fisico teorico invalicabile del rendimento di una cella è il 44% ed è dovuto alla modalità di trasmissione di energia tra i fotoni e gli atomi di silicio.
Celle in silicio policristallino
Sono formate da macro cristalli che hanno punti di giunzione tra loro; la cella fotovoltaica consente comunque buone efficienze, minori del monocristallino di qualche punto percentuale, mentre il rendimento tipico del generatore è 13%. Celle di questo tipo costano meno ma producono meno energia. Se si considerano i costi per unità di potenza, monocristallino e policristallino si equivalgono abbastanza ma l'impianto in silicio policristallino deve essere più grande per raggiungere la stessa potenza.
Celle in silicio amorfo
Ottenute per deposizione su un supporto di plastica o vetro o un qualunque materiale isolante anche pieghevole. L'efficienza tipica del modulo arriva solo al 7-8% ma hanno il vantaggio di utilizzare molto meno silicio (il materiale puro è costoso). Il costo per unità di potenza è equivalente al cristallino ma occorrono superfici molto maggiori e maggiori strutture di sostegno mentre il costo al metro quadrato è decisamente più basso.
Per quanto riguarda l'installazione dei generatori è possibile scegliere tra:
- moduli standard da installare sul tetto o su altre superfici inclinate a sud;
- moduli di forme e colori non standard, pensati per essere integrati nelle costruzioni e in altre strutture.
Modalità di utilizzo
L'impianto funziona in modo autonomo senza richiedere interventi operativi. Periodicamente occorre verificare il buon funzionamento di tutti i componenti.
La manutenzione dei moduli si riduce al mantenimento della pulizia e della trasparenza della superficie captante; se l'inclinazione e le piogge sono sufficienti non è richiesto alcun intervento, altrimenti è necessario pulirla periodicamente. Pulire i pannelli da eventuali accumuli di neve o foglie.
Sostituisce il collegamento alla rete elettrica nazionale?
Solo gli impianti dotati di un accumulo adeguato di energia elettrica possono erogare un buon servizio senza un collegamento alla rete elettrica. Questa soluzione è utilizzata solo per utenze isolate difficilmente raggiungibili dalla rete elettrica per eventuali interventi di manutenzione.
Se va via il sole? E di notte?
La rete per gli impianti connessi, gli accumuli per gli impianti isolati, provvedono a integrare la produzione di energia elettrica del generatore fotovoltaico.
Torna Su
Nel caso di black-out?
Un impianto fotovoltaico non può garantire la continuità della fornitura di energia elettrica perchè nel caso di black-out un interruttore disattiva automaticamente l'inverter in modo da evitare situazioni di pericolo.
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"Solare Fotovoltaico"
"Realizzazione di un impainto Fotovoltaico ad inseguimento solare"