COS'È IL FOTOVOLTAICO
Termine composto da "foto", dal greco "luce" e "voltaico", da Alessandro Volta, lo scienziato italiano che fu tra i primi a studiare i fenomeni elettrici. Un impianto fotovoltaico trasforma direttamente l'energia solare in energia elettrica.
Esso è composto essenzialmente da:
- moduli o pannelli fotovoltaici
- inverter, che trasforma la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata
- quadri elettrici e cavi di collegamento
I moduli sono costituiti da celle in materiale semiconduttore, il più utilizzato dei quali è il silicio cristallino. Essi rappresentano la parte attiva del sistema perché convertono la radiazione solare in energia elettrica.
Il funzionamento di una fotocellula è estremamente semplice: la luce irradia la cella e produce una tensione elettrica nei cristalli di silicio che puo' essere prelevata dalla superficie attraverso degli elettrodi. Una cella standard (10x10cm), in caso di pieno irradiamento solare, fornisce una tensione di ca. 0,5V e una corrente di ca. 3A, vale a dire una potenza di ca. 1,5W. Per aumentare la potenza le singole celle vengono assemblate a formare i cosiddetti moduli.
COM'È FATTO UN IMPIANTO
L'impianto fotovoltaico è l'insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che captano l'energia solare, la trasformano in energia elettrica, sino a renderla disponibile all'utilizzazione da parte dell'utenza.
Le tipologie impiantistiche sono essenzialmente due:
- impianti connessi ad una rete elettrica di distribuzione (grid -connected).
- impianti isolati (stand alone);
Impianti connessi con una rete elettrica
In questi impianti l'energia viene convertita direttamente in corrente elettrica alternata che può alimentare le normali utenze oppure essere immessa nella rete, con la quale lavora in regime di interscambio. In quest'ultimo caso presso l'utente sono installati due contatori: uno che contabilizza l'energia elettrica fornita dall'impianto fotovoltaico alla rete ed uno che contabilizza l'energia elettrica che l'utente preleva dalla rete. Nell'ipotesi in cui le due tariffe coincidano, l'utente paga all'ente erogatore dell'energia elettrica solo la differenza tra l'energia consumata, prelevata dalla rete, e quella fornita alla rete.
Gli impianti solari fotovoltaici di connessione a rete hanno la particolarità di lavorare in regime di interscambio con la rete elettrica locale. In pratica, nelle ore di luce l'utenza consuma l'energia elettrica prodotta dal proprio impianto, mentre quando la luce non c'è o non è sufficiente, oppure se l'utenza richiede più energia di quella che l'impianto è in grado di fornire, sarà la rete elettrica che garantirà l'approvvigionamento dell'energia elettrica necessaria.
Dall'altro lato, se succede che l'impianto solare produce più energia di quella richiesta dall'utenza, tale energia può essere immessa in rete. In questo caso si parla di cessione delle "eccedenze" alla rete elettrica locale.
Composizione di un impianto fotovoltaico grid -connected
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente alternata convenzionale a 220V di tensione. Questo adattatore é assolutamente necessario per il corretto funzionamento delle utenze collegate e per l'alimentazione della rete.
3. Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell'energia. In caso di consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli fotovoltaici la corrente viene prelevata dalla rete pubblica. In caso contrario l'energia fotovoltaica eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la quantità di energia fornita dall'impianto fotovoltaico alla rete.
4. Rete: allacciamento alla rete pubblica dell'azienda elettrica.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall'impianto fotovoltaico.
Impianti isolati (stand-alone)
In questi impianti l'energia generata alimenta direttamente il carico elettrico. Quella in eccesso viene accumulata nelle batterie che la rendono disponibile nei periodi in cui il generatore fotovoltaico non è in nelle condizioni di fornirla. Questi impianti rappresentano la soluzione più idonea a soddisfare utenze isolate che possono essere convenientemente equipaggiate con apparecchi utilizzatori che funzionano in corrente continua.
Composizione di un impianto fotovoltaico stand alone
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Regolatore di carica: é un apparecchio elettronico che regola la ricarica e la scarica degli accumulatori. Uno dei suoi compiti é di interrompere la ricarica ad accumulatore pieno.
3. Accumulatori: sono i magazzini di energia di un impianto fotovoltaico. Essi forniscono l'energia elettrica quando i moduli non sono in grado di produrne, per mancanza di irraggiamento solare.
4. Inverter (o convertitore): trasforma la corrente continua proveniente dai moduli e/o dagli accumulatori in corrente alternata convenzionale a 220V. Se l'apparecchio da alimentare necessita di corrente continua si può fare a meno di questo componente.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall'impianto fotovoltaico.
Spesso vengono impiegati anche degli impianti composti. Per esempio impianti fotovoltaici in combinazione con gruppi elettrogeni a motore Diesel. In questo caso l'impianto fotovoltaico fornisce la potenza base utilizzata di solito. Per consumi elevati di breve durata (o in caso si emergenza) viene inserito il gruppo elettrogeno.
MODULI E INVERTER:
Attualmente sul mercato esistono tre tipi di moduli:
a) Silicio monocristallino
b) Silicio policristallino
c) Silicio amorfo
a) Modulo in silicio monocristallino
Silicio costituito da un singolo cristallo.
Efficienza del modulo pari a 15% - 17%
Utilizza il silicio purissimo che garantisce la massima conducibilità, quindi maggior rendimento.
Le celle sono realizzate con silicio monocristallino, cioè gli atomi sono disposti tutti in una struttura geometrica perfetta, senza difetti o mancanze. E' la condizione migliore per permettere un buon flusso dei portatori di carica attraverso il semiconduttore diminuendo le perdite e aumentando la conducibilità e quindi l'efficienza della cella.
b) Modulo in silicio policristallino
Silicio costituito da più cristalli.
Efficienza del modulo pari a 12% - 14%
economicamente più convenienti, sono perà di minor efficienza.
Le celle sono realizzate con silicio policristallino, cioè composto da tanti piccoli monocristalli ognuno con le caratteristiche descritte sopra. E' meno pregiato del precedente poiché all'interfaccia tra un cristallo e l'altro gli atomi non sono perfettamente allineati creando discontinuità che rallentano il flusso degli elettroni.
c) Modulo in silicio amorfo
Tipo di silicio per celle fotovoltaiche che non ha struttura cristallina.
Efficienza del modulo pari a 6% - 9%
Molto versatili architettonicamente, adatti per applicazioni in zone con luce diffusa e ampio spazio disponibile.
Le celle di questi moduli sono realzzate in silicio amorfo, cioè con gli atomi senza nessuna disposizione spaziale ordinata. Questo rende la fabbricazione di tali celle molto economica.
Inverter
Gli inveter sono progettati per convertire l'energia elettrica sotto forma di corrente continua prodotta da un modulo fotovoltaico in corrente alternata da utilizzare nella rete domestica. Sono strumenti dotati di particolari sistemi di controllo software ed hardware per ottimizzare la resa e il controllo dell'energia prodotta.
TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE
Descriviamo più nel dettaglio le tipologie di impianto a cui sono associate le diverse tariffe incentivanti del Nuovo Conto Energia:
IMPIANTI CON INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA
Un impianto rientra nella categoria di incentivazione relativa agli impianti con integrazione architettonica nel caso in cui:
i moduli sostituiscono i materiali di rivestimento dei tetti, coperture, facciate di edifici e fabbricati, in modo da avere la stessa inclinazione e funzionalità architettonica;
i moduli ed i relativi sistemi di supporto costituiscono la struttura di copertura di pensiline, pergole e tettoie o strutture frangisole;
i moduli costituiscano la parte trasparente o semi trasparente di facciate o lucernari, garantendo l'illuminazione naturale degli ambienti interni all'edificio;
i moduli costituiscono parte dei pannelli fonoassorbenti delle barriere acustiche.
Installazione integrata su tetto a falda
Installazione integrata su pompeiana
IMPIANTI PARZIALMENTE INTEGRATI
Un impianto rientra nella categoria di incentivazione relativa agli impianti "parzialmente integrati" nel caso in cui i moduli siano installati:
Su tetti piani e terrazze di edifici e fabbricati (anche su file parallele con i moduli inclinati e quindi non complanari al tetto.
In modo complanare alle superfici su cui sono fissati (tetti a falda, coperture, facciate, balaustre, parapetti) sia che si tratti di elementi di arredo urbano e viario quali coperture di parcheggi, fermate di autobus, lampioni fotovoltaici senza accumulatori).
Installazione retrofit su tetto a falda
IMPIANTI NON INTEGRATI
Un impianto rientra nella categoria di incentivazione relativa agli impianti "non integrati" nel caso in cui i moduli siano installati:
A terra
In modo non complanare alle superfici su cui sono fissati, sia che si tratti di elementi di arredo urbano e viario (incluse barriere acustiche, pensiline, pergole e tettoie), che di tetti (solo nel caso di tetti a falda) o facciate di edifici.
Installazione a terra o tetto piano
VANTAGGI E BENEFICI
L'installazione di un impianto fotovoltaico comporta indubbiamente tre tipi di benefici per l'utilizzatore e per la collettività:
a) Benefici economici
b) Benefici Ambientali
c) Altri benefici
a) Benefici economici
Dal punto di vista economico i vantaggi sono di tre tipi, diversamente cumulabili fra loro (al conto energia sommeremo o lo scambio sul posto o la vendita), nel dettaglio:
1- Incentivo statale per 20 anni (Conto Energia)
Tutta l'energia prodotta ha diritto ad un incentivo ventennale erogato mensilmente o bimestralmente a seconda della dimensione dell'impianto sotto forma monetaria. (inserire link conto energia)
Vedi esempio sottostante benefici economici.
2- Azzeramento dei costi dei consumi in bolletta. Non si pagherà piu la bolletta dell'energia perché l'energia che normalmente veniva presa dalla rete adesso viene fornita dal vostro impianto.
3- Vendita dell'energia: chi si dota di grandi impianti non beneficerà ovviamente dello scambio sul posto in quanto produce molto di più di quello che consuma. La legge permette loro di vendere l'energia prodotta sul mercato libero.
- ammortizzerete l'impianto in soli 8-9 anni;
- gli anni successivi il vostro impianto continuerà a produrre e continuerete a guadagnare;
- il conto energia dura per 20 anni, ma lo scambio sul posto per sempre. Significa che dopo aver incassato il doppio di quanto speso nei 20 anni continuiamo anche dopo a non pagare la bolletta elettrica;
- i moduli sono garantiti per 25 anni e continueranno a produrre anche negli anni successivi;
- dopo 20 anni, scaduto il conto energia, il nostro impianto avrà ancora un altissimo valore in quanto capace ancora di produrre non meno dell'80% di quanto produceva il primo giorno;
Installare un sistema solare fotovoltaico significa acquistare, pagandola in anticipo, l'energia elettrica che si consumerà nei prossimi decenni, avendo garanzia del prezzo costante d'acquisto. Un sistema solare fotovoltaico rappresenta un investimento di lungo termine, con un interessante tasso interno di rendimento (intorno al 11% annuo), sicuramente superiore ai tassi dei titoli di stato.
| Dati Tecnici ed evonomici impianto (semi-integrato) | |
| Potenza impianto | 3 kWp |
| Produzione annua attesa (Nord Italia) | 3.550 kW/h |
| Superfice neccessaria (su falda) | 24 mq |
| Tariffa incentivo al Kw/h prodotto | 0,44 €/kWh |
| a) Incentivo conto energia annuale | 1.562,00 € |
| Costo al kW/h pagato all'ENEL | 0,18 €/kWh |
| b) Risparmio in bolletta annuale | 640,00 € |
| Totale beneficio evonomico annuale (a+b) | 2.202,00 € |
| Dati Tecnici ed evonomici impianto (semi-integrato) | |
| a) Risparmio sulla bolletta ENEL | 12.800,00 € |
| b) Incentivo Conto energia (GSE) | 31.240,00 € |
| Totale beneficio economico (a+b) | 44.040,00 € |
| Costo imponibile impianto | 20.400,00 € |
| Vantaggio economico netto | 23.640,00 € |
| Tempo di ammortamento | 9,2 anni |
b) Benefici per l'ambiente
- assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante;
- evitiamo l'emissione di anidride carbonica CO2
- risparmio di combustibili fossili
- l'energia di tanti impianti fotovoltaici viene generata in modo diffuso sul territorio, riducendo notevolmente le perdite dovute al trasporto e dalla trasformazione
- i moduli fotovoltaici sono costituiti da materiali semplici (vetro e silicio) , presenti in natura e facilmente riciclabili
Ipotizzando una produzione media annuale, alle latitudini dell'Italia settentrionale, pari a 3500 kWh, con un impianto di potenza nominale da 3 kWp (abitazione), si può dire che la quantità di anidride carbonica non emessa in un anno sia pari a 1860 Kg e 875 kg di olio combustibile.
Un albero urbano di grossa taglia ogni anno fissa circa 150 Kg di CO2 dall'atmosfera, sia attraverso l'immobilizzazione diretta nel legno attraverso la fotosintesi, sia indirettamente, grazie alle minori emissioni correlate al risparmio energetico ottenuto dalla sua azione regolatrice del microclima. Un solo pannello fotovoltaico con la potenza di 175 W (un impianto ad uso domestico di 3kWp necessita di circa 18 pannelli da 175 W) comporta la stessa riduzione di CO 2 .
Per cui ogni kW di potenza installata equivale ad avere 6 alberi di circa una trentina d'anni!
c) Altri benefici
L'installazione di un impianto fotovoltaico comporta anche altri vantaggi, che possono così riassumersi:
- affidabilità degli impianti poiché non esistono parti in movimento.
- costi di esercizio e manutenzione ridotti al minimo.
- sono sistemi modulari, cioè per aumentare la potenza dell'impianto basta aggiungere moduli della stessa potenza.
- vantaggi di immagine da utilizzare in ambito marketing per le Aziende che scelgono di produrre i loro beni-servizi con energia pulita, rispettando l'ambiente e mostrando la propria azienda all'avanguardia nelle tecnologie ecocompatibili.
- vantaggi architettonici e climatici diretti e indiretti: i pannelli fotovoltaici posti su un tetto hanno il vantaggio di proiettare ombra sulla superficie della copertura. In estate si riduce sensibilmente la temperatura interna all'edificio e le spese di condizionamento. In inverno la superficie dei pannelli riduce l'impatto del vento freddo, consentendo di minimizzare la dispersione termica.