Fotovoltaico: tutto quello che serve sapere in attesa delle elettriche

Nei vari raduni degli utenti e spesso nelle varie discussioni di “ecomotori.net” si discute animatamente ed in maniera costruttiva su carburanti alternativi a basso impatto ambiaentale e fonti di energia per il futuro prossimo, c’è chi sostiene il bioetanolo, chi l’idrogeno, chi il bio-gas chi infine l’elettrico.

Il denominatore comune ai vari carburanti è che bisogna “bruciarli” con conseguenza di immettere nell’ambiente gas cosiddetti “serra” oppure con il nucleare per produrre energia elettrica che produce scorie di difficile smaltimento di cui si conosce il loro comportamento solo per il breve termine in quanto ha un periodo di decadenza lunghissimo, tanto da dare problemi per garantirne una memoria storica sui siti ove vengono stoccate questi materiali assolutamente pericolosi.

Attualmente sta avendo un forte sviluppo tecnologico e diffusione una tecnologia che trae energia da una fonte sicura ed inesuribile che ogni mattina sorge con il sole, è la tecnologia del fotovoltaico.

RIMANERE VIVI…

Si ha continuo bisogno di innovazioni per rimanere vivi.

Di migliorare e migliorarsi.

In un mondo sempre più malato, dove l’ambiente peggiora anno dopo anno in un modo apparentemente irrefrenabile, è doveroso e necessario adoperarsi per una soluzione netta e decisa. Le energie rinnovabili sono una cura concreta al male di cui soffre il pianeta.

IN 20 MINUTI IL SOLE MANDA SULLA TERRA PIU’ ENERGIA DI QUELLA CHE SERVE ALL’INTERA POPOLAZIONE MONDIALE IN UN ANNO!E’ GIUNTA L’ORA DI SFRUTTARE QUESTO ENORME POTENZIALE.

Da milioni di anni il sole rende possibile la vita sulla terra grazie alla sua luce, ed essendo una fonte di energia inesuribile e gratuita, ne influenerà anhe il futuro. Nessun’altra fonte energetica , infatti, è così ecologica e illimitatamente disponibile come la luce solare.

“EFFETTO FOTOVOLTAICO”

Esistono in natura materiali chiamati “semiconduttori”, alcuni di quali, se vengono colpiti dalla radiazione solare, hanno la capacità di generare energia elettrica: questo fenomeno è definito “effetto fotovoltaico”.

Fu scoperto per la prima volta nel 1860 ed è dovuto ad una caratteristica fisica dei materiali detti “semiconduttori” tra cui il silicio(usato anche nei componenti elettronici), il boro e il fosforo (questi ultimi servono per dare la positività e la negatività).

A seguito di una lunga lavorazione il silicio viene ridotto in lastre sotilissime, per poi essere sottoposto a ulteriori trattamenti, che porteranno alla realizzazione della cella.

La forma che assume la cella fotovoltaica dipende dalla tipologia e dalla tecnica di lavorazione: comunemente si trovano celle assimilabili ad un quadrato, oppure leggermente stondate.

La superficie delle cele è generalmente attorno ai 100 cmq, l’energia he da essa si può sviluppare dipende dalle caratteristiche del materiale da cui è costruita: nelle celle cristalline l’efficenza di conversione, ovvero la percentuale di energia che si può ottenere dalla radiazione solare a seguito della trasformazione in energia elettrica, è normalmente compresa fra il il 13% e il 15%.

Per arrivare a una potenza utilizzabile in applicazioni fotovoltaiche, le celle devono essere assemblate in supporti di dimensioni maggiori, per comporre il “modulo fotovoltaico”.le celle vengono disposte su un supporti rigido, collegate elettricamente in serie e parallelo e protette anteriormente con un particolare vetro, che acilita il passaggio della luce evitandone la riflessione.I moduli in commercio sono composti da 36, 40, 50 o 72 celle, a seconda della dimensione e della potenza che si vuole ottenere dal modulo.

Le categorie in cui si suddividono i moduli fotovoltaici dipendono prevalentemente dal tipo di materiale che viene usato per la loro realizzazione: si parla di moduli con celle in silicio cristalline, di tipo a celle policristalline e a celle monocristalline.

La differenza tra monocristallo (m-Si) e policristallo (p-Si) dipende dallo stato del silicio usato come materiale di partenza per la creazione della cella. Da alcuni anni si sta sviluppando una nuova tipologia di moduli raggruppati comunementecol termine “amorfo” e/o fil sottile , nati con lo scopo di ridurre, o eliminare, l’utilizzo del silicio per diminuire il costo.

Questa categoria può essre suddivisa in moduli che contengono silicio e moduli che non contengono silicio. I primi (a-Si), detti di tipo amorfo, sono a mono giunzione, doppia giunzione e tripla giunzione.Con l’aumento del numero di giunzioni, aumenta l’efficenza da un 6% della mono giunzione al 10% del tripla giunzione.I secondi sono CIS (Copper Indium Seleneide), la sue evoluzione CIGS (Copper Indium Gallium di Seleneide) e CdTe (Cadmio Tellurio).

Per realizzare un impianto sono tuttavia necessarie ulteriori composizioni dei moduli: infatti essi dovranno essere posizionati su struttire meccaniche di supporto, differenti a seconda della tipologia di installazione da realizzare, andando così a dar origine al pannello. Tuttavia, per poter arrivare a raggiungere la potenza richiesta per l’impianto, si dovrà fare anche una composizione elettrica, individuando le stringhe, che, collegate elettricamente in parallelo, formano il generatore fotovoltaico.

Per valutare quella che è la potenza dell’impianto che si è così composto viene utilizzata una speciale “unità di misura”, il watt di picco(Wp)

Si tratta della potenza che un modulo o un impianto è in grado di sviluppare in determinate condizioni standard o di riferimento STC(temperature della cella 25°, radiazione di 1000W/mq, AM=1,5).Si tratta di condizioni ottenibili solo in laboratorio, che servono tuttavia per definire quella che comunemente viene indicata come la potenza nominale del modulo fotovoltaico.

TIPOLOGIE D’IMPIANTO:STAND ALONE e GRID CONNECTED

Gli impianti fotovoltaici vengono da molto tempo utilizzati per l’alimentazione di utenze lontane dalla linea elettrica. In questo caso essi necessitano di batterie per accumulare l’energia accumulata durante le ore di luce;questa configurazione è denominata “stand alone”.

L’impiando deve essere dimensionato in modo adeguato in relazione agli specifici fabbisogni energetici dell’utenza da alimentare ed alla zona di installazione.

L’impianto è composto dai seguenti componenti principali:

-Campo fotovoltaico

-Regolatore di carica

-Batterie

-Inverter

Se invece l’impianto fotovoltaico alimenta un’utenza collegata alla rete elettrica, viene denominato “grid connected”. In questa tipologia d’impianto, l’energia prodotta viene utilizzata direttamente dall’utenza o immessa nella rete elettrica.

Nelle ore di buio o scarsa insolazione, l’allaccio alla rete permette di sopperire alla mancanza di produzione di energia da parte dell’impianto: la rete infatti restituisce l’energia che l’impianto gli ha ceduto nelle ore di insolazione.

In configurazione Grid Connected l’impianto è composto dai seguenti componenti.

-Campo fotovoltaico

-Quadro di campo

-Inverter

-Quadro di connessione alla rete

-Sistemi di misura e/o contabilizzazione

IMPIANTO “GRID CONNECTED”

COMPONENTI DEL SISTEMA GRID CONNECTED

IL GENERATORE FOTOVOLTAICO

Uno dei fattori fondamentali per il buon funzionamento dell’impianto fotovoltaico è il corretto posizionamento del generatore fotovoltaico ovvero della superficie captante del sistema.E’ importante prestare la massima attenzione agli effetti delle ombre perchè queste provocanouna riduzione della energia erogata, spesso in modo più che proporzionale alla porzione di superficie in ombra.

E’ essenziale la massima attenzione in fase progettuale all’orientamento e all’inclinazione del generatore fotovoltaico scegliendo opprtunamente i luoghi e gli spazi in cui i modili andranno posizionati.

Per ottimizzare la produzione dell’impianto, il generatore fotovoltaico dovrebbe avere un’orientamento a sud ed angolo di inclinazione rispetto al piano orizzontale di 30°. Di fondamentale importanza per la fattibilità dell’impianto assicurarsi che il luogo prescelto per l’alloggiamento del generatore fotovoltaico sia idoneo, sicuro ed in buono stato di manutenzione. Il Generatore Fotovoltaico produce tensione e corrente continua.

IL QUADRO DI CAMPO

E’ un quadro elettrico, molte volte trascurato nella definizione dei componenti di un impianto, ma che ha un’importanza strategica se si presta attenzione all’ottimizzazione, permetendo di migliorare le prestazioni dell’impianto in caso di ombreggiamento parziale.Esso è il quadro di controllo e sezionamento della parte in corrente continua dell’impianto:consente di eseguire in totale sicurezza eventuali manutenzioni del campo fotovoltaico, realizza il sezionamento del sistema verso l’inverter e contiene gli scaricatori a terra lato CC

SISTEMI DI MONITORAGGIO DELL’IMPIANTO

Sono sistemi che permettono di effetuere le letture delle grandezze elettriche dell’impianto per poterne motirorare la produzione ed il funzionamento.Generalmente le misure si riferiscono ai dati in uscita ed alle misure in ingresso all’inverter. Tramite vari sistemi di trasmissioni dati (GSM, GPRS, fibra ottica) è possibile l’invio dei dati registrati ad un centro di controllo. E’ possibile, inoltre, l’invio di eventuali allarmi o anomalie ad un centro di controllo o direttamente al cellulare del reponsabile della gestione e manutenzione d’impianto tramite allarmi SMS.

QUADRO DI RETE

E’ il quadro di collegamento dell’impianto alla rete. Quì vengono effettuate le connessioni degli inverter al quadro elettrico generale dell’edificio e alla rete. Esso contiene gli interruttori magnetotermici, uno per ciascun inverter, gli scericatori necessari per la protezione del gruppo di conversione da eventuali sovratensioni provenienti dalla rete.

In caso di utilizzo di più di tre inverter in un unico impianto è necessario, come previsto dalla normativa, l’utilizzo di un dispositivo e di una protezione di interfaccia per il collegamento alla rete.

INVERTER

E’ il cuore dell’impianto, serve a convertire l’energia da corrente continua in corrente alternata, permettendo all’energia prodotta dall’impianto di essere utilizzata dall’utenza e solo in caso di isufficienza, in modo automatico, assicura la copertura energetica dell’utenza da parte della rete.

GLI INCENTIVI “IL CONTO ENERGIA”

Con il programma “Conto Energia”, reso operativo a seguito del DM 19/02/2007, chi realizza un impianto fotovoltaico può accedere a “tariffe incentivanti”, definite in base alla potenza dell’impianto ed il grado di integrazione che l’impianto ha nell’edificio.

Queste tariffe sono applicate a tutta l’energia podotta dall’impianto, indipendentemente dall’utilizzo che l’utente deciderà di fare della produzione(vendita o autoconsumo).La T ariffa Incentivante, una volta concessa al Soggetto Responsabile, è fissa e rimarrà immutata per un periodo di 20 anni.

I soggetti che intervengono nel processo autorizzativo sono:

Soggetto responsabile:la persona fisica o giuridica responsabile dell’impianto e che ha diritto a richiedere e ottenere le tariffe incentivanti.

Soggetto attuatore:è il gestore dei servizi elettrici GSE Spa (colui che concede la tariffa incentivante).

Gestore di rete:Enel o altro gestore

Per partecipare al programma è necessario seguire una procedura specifica, definita dal GSE:

-Si presenta al Gestore di Rete locale il Progetto Preliminare dell’impianto, la Domanda di Connessione allarete e la dichiarazione se si intende avvalersi dello scambio o meno dell’energia prodotta.

-Il Gestore di Rete, dopo la presa visione della documentazione, comunica al soggetto responsabile il punto di allaccio dell’impianto. Unitamente al preventivo economico e i tempi di realizzazione.

-Ottenuti i nulla osta(concessioni edilizie ecc.), si può dare inizio alla realizzazione ell’impianto.

-Al termine dell’installazione e dopo il collaudo tecnico funzionale dell’impianto, il soggetto responsabile trasmette al Gestore di rete Comunicazione di Ultimazione Lavori.

-Entro 60gg dalla data di entrata in esercizio dell’impianto, il Soggetto Responsabile deve inviare al Soggetto Attuatore la Richiesta di Concessione della tariffa incentivante e la Documentazione finale di entrata in esercizio.(tramite la registrazione al portale).

-Entro 60gg dalla data di ricevimento della richiesta di concessione della tariffa incentivante, il Soggetto Attuatore comunica al Soggetto Responsabile la tariffa riconosciuta.

TARIFFE INCENTIVANTI

Potenza impianto da 1 a 3 kWp: 0,392€/kWh su impianto non integrato; 0,431€/kWh su impianto parzialmente integrato; 0,480€/kWh su impianto integrato

Potenza impianto da +3 a 20 kWp: 0,372€/kWh su impianto non integrato; 0,412€/kWh su impianto parzialmente integrato; 0,451€/kWh su impianto integrato

Potenza impianto +20 kWp: 0,353€/kWh su impianto non integrato; 0,392€/kWh su impianto parzialmente integrato; 0,431€/kWh su impianto integrato

Le tariffe integrate si riferiscono al DM 19/02/2007 e, come previsto nel decreto, agli impianti che entrano in esercizio dal 1° gennaio 2009 al 31 dicembre 2010 la tariffa incentivante sarà ridotta del 2% per ciascuno degli anni di calendario successivi al 2008. Sono inoltre previsti dal decreto dei “premi” che comportano un aumento percentuale della tariffa incentivante.Questi vengono concessi al soggetto responsabile sulla base di specifici requisiti.

VALUTAZIONI ECONOMICHE:QUANTO PUO’ PRODURRE IL TUO IMPIANTO?

L’investimento in energia fotovoltaica comporta ritorni valutabili non solo in termini puramente economici.Un fattore da non trascurare è anche il beneficio ambientale che una scelta di questo tipo comporta, a causa delle riduzioni nelle emissioni di anidride carbonica ottenibili.

Il funzionamento di un’impianto fotovoltaico è influenzato principalmente da 4 fattori:l’orientamento, l’inclinazione del campo, la località di installazione e l’assenza di ombre sul generatore.

la produzione che si può ottenere da un’impianto varia molto a seconda della zona di installazione, che influenza in modo sostanziale i tempi di rientro dell’investimento da 10/12 anni del nord fino a scendere a poco più di 7/8 anni per il sud.

Oltre a questo fattore molto importante è l’orientamento del campo fotovoltaico. Per avere la massima produttività i moduli devono essere il più possibile perpendicolari alla radiazione solare:in Italia questo significa un’inclinazione di 30° in direzione sud.

Una volta definiti questi elementi è tuttavia indispensabile effettuare un’altra verifica: la presenza di ombre sul campo fotovoltaico. Se sul campo vi è presenza di zone d’ombra, esse diventano molto dannose per il corretto funzionamento dell’impianto, in quanto possono ridurre fortemente la produzione.

Per eseguire un corretto dimensionamento dell’impianto, sopratutto nel caso in cui lo si realizzi ai soli fini dell’autoconsumo con contratto di scambio, è molto importante conoscere gli effettivi consumi dell’utenza.

Se l’impianto fosse sovradimensionato, infatti, parte della produzione andrebbe persa, non essendo remunerabile ne col risparmio né dalla vendita.

RINGRAZIAMENTI

Si ringraziano gli espositori della manifestazione “SOLAR EXPO” 2009 per il materiale informativo concesso, utile e necessario per la realizzazione di questo articolo.

Relazione a cura di Simone Schivi