Indice
Elettricita' dal Sole!
Come funziona
Requisiti per l'installazione
Costi e incentivi
Benefici
Dimensionamento
La tecnica
La tecnologia
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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:

  • Generare energia elettrica destinata all'autoconsumo - L'energia elettrica prodotta viene autoconsumata con l'effetto di ridurre i costi della bolletta energetica. In questo caso non è previsto un sistema di accumulo di energia, la rete elettrica funziona come riserva di energia da utilizzare quando l'impianto non ne produce abbastanza; un doppio contatore provvede a calcolare la differenza tra energia elettrica immessa ed assorbita dall'utente su base annuale e stabilisce l'eventuale credito energetico per l'anno successivo (scambio sul posto).

  • Generare energia da immettere nella rete elettrica - L'energia prodotta viene venduta e immessa nella rete elettrica nazionale, quindi il compito di questo tipo di impianti è quello di produrre la quantità massima di energia in modo da massimizzare i ricavi.

Alimentare utenze isolate (impianti stand alone)
Le principali applicazioni di impianti stand alone riguardano:

  • sistemi per l'alimentazione di apparecchiature per telecomunicazioni come gli impianti di segnalazione marittima, ponti radio, ecc;

  • impianti di pompaggio per l'acqua per usi domestici o agricoli;

  • impianti per l'alimentazione di abitazioni isolate sia in corrente continua che alternata (es. rifugi montani);

  • impianti per alimentare gruppi di utenze isolate.

 

 


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, sud-est, sud-ovest 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.



Rappresentazione schematica di un impianto fotovoltaico collegato alla rete elettrica tramite un inverter.

 

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) , ma anche esposizioni est e ovest possono essere prese in considerazione. 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 irragiamento 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.

 


Quanto costa

Impianti connessi alla rete

  • impianti senza pretese architettoniche:2000-3000 € per KW di potenza installata (sistema completo, IVA inclusa, inclusa l'installazione e la minuteria elettrica);

  • impianti fatti fare su misura per esigenze architettoniche costano circa il 50% in più.

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 nazionali
Gli impianti fotovoltaici connessi alla rete sono fortemente incentivati a livello nazionale per promuovere la diffusione di questa tecnologia, favorirne l'evoluzione tecnologica e porre le basi per lo sviluppo dell'industria del fotovoltaico in Italia.

Gli incentivi non sono erogati in conto capitale, con contributi a fondo perduto, ma sono riconosciuti con una tariffa incentivante proporzionale all'energia effettivamente prodotta dagli impianti realizzati: prendono perciò il nome di incentivi in "conto energia".

L'incentivo si somma al risparmio derivato dall'autoconsumo o dalla vendita dell'energia prodotta, che prosegue per tutta la vita dell'impianto. Questa modalità d'incentivazione ha contribuito notevolmente alla diffusione del fotovoltaico nei paesi nei quali è stata introdotta e premia la realizzazione di impianti con un buon rapporto costo/rendimento e la costante manutenzione degli impianti.
In particolare il
provvedimento in vigore in Italia:

  • garantisce l'incentivo a tutti gli impianti che soddisfano le specifiche previste

  • prevede una tariffa agevolante per 20 anni dall'entrata in esercizio dell'impianto, che determina un tempo di ritorno sull'investimento stimato in media in circa 10 anni al nord Italia e circa 8 anni e mezzo al sud Italia.

  • favorisce gli impianti di piccola taglia (fino a 3 kW)

  • favorisce gli impianti integrati architettonicamente

  • prevede un premio ulteriore per chi realizza l'impianto nel contesto della riqualificazione energetica di un edificio

Gli impianti fotovoltaici godono inoltre dell'IVA al 10% (anziché al 20%).

Incentivi economici regionali
Gli incentivi in conto capitale previsti da alcune regioni son o stati in genere sospesi a fronte della notevole incentivazione garantita dal conto energia.
Rivolgiti al servizio energia della tua regione o provincia per verificare se è stata mantenuta qualche forma d'incentivazione locale; in ogni caso un'eventuale finanziamento superiore al 20% dell'investimento sostenuto non permette di accedere al conto energia.

Certificati verdi
Grandi impianti che producono almeno 100 MWh all'anno hanno diritto ai "certificati verdi", certificati di produzione d'energia da fonti rinnovabili che possono essere venduti su un apposito mercato ai produttori di energia, obbligati a coprire il 2% della propria produzione con energia rinnovabile o con l'acquisto di una corrispondente quota di certificati verdi.
Per maggiori dettagli:
Decreto 24/10/05 n.265, articolo 11 comma 5 Dlgs 16 Marzo 1999n. 79, Decreto 11 Novembre 1999 n. 292.
I certificati verdi non sono cumulabili con il CONTO ENERGIA.

 


Benefici economici
Nel caso di impianti che alimentano utenze isolate, il beneficio economico è dato dal mancato acquisto dell'energia elettrica prodotta e dal mancato costo di allacciamento alla rete elettrica.

Per gli impianti connessi alla rete elettrica invece la remunerazione dell'energia prodotta può avvenire con diverse modalità:

In questo caso alla remunerazione dell'energia prodotta si aggiunge per 20 anni il contributo in conto energia, che garantisce un'ottima remunerazione dell'investimento sostenuto.

 

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.

 
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