Future Energy - Impianti Fotovoltaici in Conto Energia

Un impianto fotovoltaico è essenzialmente costituito da un “generatore”, da un “sistema di condizionamento e controllo della potenza” e da un eventuale “accumulatore” di energia, la batteria, e naturalmente dalla struttura di sostegno.

Il generatore fotovoltaico

Il componente elementare di un generatore fotovoltaico è la cella. È lì che avviene la conversione della radiazione solare in corrente elettrica.

Essa è costituita da una sottile fetta di un materiale semiconduttore, quasi sempre silicio opportunamente trattato, dello spessore di circa 0,3mm. Può essere rotonda o quadrata e può avere una superficie compresa tra i 100 e i 225cm2.

La cella si comporta come una minuscola batteria e nelle condizioni di soleggiamento tipichedell’Italia (1kW/m2), alla temperatura di 25°C fornisce una corrente di 3A, con una tensione di0,5V e una potenza pari a 1,5-1,7WpIn commercio troviamo i moduli fotovoltaici che sono costituiti da un insieme di celle.I più diffusi sono costituiti da 36 celle disposte su 4 file parallele collegate in serie. Hanno superficiche variano da 0,5 a 1m2 e permettono l’accoppiamento con gli accumulatori da 12Vccnominali.Più moduli collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura comune ancorabile alsuolo o ad un edificio.Più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa.Più stringhe, collegate generalmente in parallelo per fornire la potenza richiesta, costituisconoil generatore fotovoltaico. Dal punto di vista elettrico non ci sono praticamente limiti alla produzione di potenza da sistemifotovoltaici, perché il collegamento in parallelo di più file di moduli, le “stringhe”, consentedi ottenere potenze elettriche di qualunque valore. Il trasferimento dell’energia dal sistemafotovoltaico all’utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi necessari a trasformare la correntecontinua prodotta in corrente alterna, adattandola alle esigenze dell’utenza finale. 18:24:07

Il sistema di condizionamento e controllo della potenza

È costituito da un inverter, che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in correntealternata; da un trasformatore e da un sistema di rifasamento e filtraggio che garantisce la qualitàdella potenza in uscita. Trasformatore e sistema di filtraggio sono normalmente inseriti all’internodell’inverter.È chiaro che il generatore fotovoltaico funziona solo in presenza di luce solare. L’alternanza giorno/notte, il ciclo delle stagioni, le variazioni delle condizioni meteorologichefanno sì che la quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico non sia costantené al variare delle ore del giorno, né ne al variare dei mesi dell’anno. Ciò significa che, nel casoin cui si voglia dare la completa autonomia all’utenza, occorrerà o collegare gli impianti allarete elettrica di distribuzione nazionale o utilizzare dei sistemi di accumulo dell’energia elettricache la rendano disponibile nelle ore di soleggiamento insufficiente.  

La quantità di energia prodotta da un generatore fotovoltaico varia nel corso dell’anno e dipendeda una serie di fattori come la latitudine e l’altitudine del sito, l’orientamento e l’inclinazionedella superficie dei moduli, e le caratteristiche di assorbimento e riflessività del territoriocircostante.A titolo indicativo alle latitudini dell’Italia centro-meridionale un metro quadrato di moduli puòprodurre in media 0,3-0,4kWh al giorno nel periodo invernale, e 0,6-0,8kWh in quello estivo.

Caratteristiche dell'impianto

La potenza di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e l'unità di misura più usata è il chilowatt picco (simbolo: kWp).La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, con le odierne tecnologie, circa 8 m² / kWp ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d'ombra prodotte dai moduli stessi, quando disposti in modo non complanare. Negli impianti installati su terreno o su un tetto piano di solito si posizionano i pannelli in file geometriche, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli. In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso, l'unico componente disposto in esterni è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti.La prassi vuole che gli impianti fotovoltaici vengano suddivisi per dimensione in 3 grandi famiglie, con un occhio di riguardo soprattutto a quelli connessi alla rete:

• Piccoli impianti: con potenza nominale inferiore a 20 kWp;
• Medi impianti: con potenza nominale compresa tra 20 kWp e 50 kWp;
• Grandi impianti: con potenza nominale maggiore di 50 kWp.

Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana del Conto energia.

Impianto fotovoltaico di potenza fino a 20 kWp

Un impianto di queste dimensioni è indicato per l’installazione su abitazioni di uso provato o attività commerciali e piccole imprese. L'energia prodotta è di norma destinata a ridurre i prelievi dalla rete e livellare i costi della fornitura di energia elettrica. Questi impianti non richiedono particolari costi di manutenzione o costi di gestione.  

Impianto fotovoltaico di potenza superiore a 20 kWp

Un impinato di queste dimensioni è generalmente adatto per quelle imprese interessate oltre che alla riduzione dei costi di fornitura anche al guadagno che si può ricavare dalla vendita dell'energia elettrica prodotta. I costi di esercizio salgono lievemente mentre rimane immutato il rapporto tra impianto e manutenzione. Alcuni costi aggiuntivi possono derivare dalla necessità di installare una linea elettrica dedicata al trasporto dell’energia prodotta.

 Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in due grandi famiglie: impianti isolati, o stand-alone, e impianti connessi alla rete, o grid-connected.

Impiantio fotovoltaico isolato o stand-alone

Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche, come la rete nazionale in AC, che si riforniscono da un impianto fotovoltaico elettricamente isolato ed autosufficiente.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico ad isola sono generalmente:

• Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
• Regolatore di carica, deputato a stabilizzare l'energia raccolta e a gestirla all'interno del sistema;
• Batteria di accumulo, deputata a conservare l'energia raccolta in presenza di irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte dei carichi elettrici.

In questa configurazione di impianto, i carichi elettrici (ivi compreso un eventuale inverter che serva utilizzi in corrente alternata) sono direttamente connessi al regolatore di carica, che funge da vero e proprio supervisore di sistema.Il campo fotovoltaico in genere impiegato per gli impianti ad isola è ottimizzato per uno specifico voltaggio di sistema, deciso solitamente in fase di progettazione del sistema stesso. I voltaggi più utilizzati sono 12, 24 o più raramente 48 V. L'accumulatore è in genere costituito da monoblocchi o elementi singoli specificamente progettati per cariche e scariche profonde e cicliche. Non sono in genere impiegati accumulatori per uso automobilistico, che pur funzionando a dovere vengono rapidamente esauriti nelle prestazioni a causa della gravosità di questo impiego.Il regolatore di carica ha tra le sue funzionalità più tipiche quelle di:

• stacco del campo fotovoltaico dalla batteria in caso di voltaggio inferiore a quello utile a quest'ultima, come ad esempio dopo il tramonto;
• stacco del campo fotovoltaico dalla batteria in caso di ricarica totale di quest'ultima;
• stacco dei carichi elettrici dalla batteria in caso di scarica profonda di quest'ultima.

Impianto fotovoltaico connesso alla rete

Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC, ma che iniettano in rete la produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete. Gli impianti di questo tipo sono di recente adozione, e sono comunemente anche chiamati "impianti in conto energia", dalla normativa che attualmente li regolamenta. Ciò nonostante, l'applicazione del conto energia a questi impianti ha conseguenze scarse se non nulle da un punto di vista tecnico. Si consideri infatti che vi sono attualmente moltissimi impianti grid-connected funzionanti perfettamente pur non applicandolo.I principali componenti di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:

• Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
• Inverter, deputato a stabilizzare l'energia raccolta, a convertirla in corrente alternata e ad iniettarla in rete;
• Quadristica di protezione e controllo, da situare in base alle normative vigenti tra l'inverter e la rete che questo alimenta.

In questi impianti la rete costituisce la cosiddetta "batteria infinita", prendendo in carico tutta l'energia in uscita dall'inverter, per poi rilasciarla a richiesta degli utilizzi dell'utente. Si tratta in effetti di una batteria virtuale, in quanto è praticamente impossibile che venga rilasciata fisicamente la stessa energia iniettata in rete alcune ore prima. Piuttosto i vari gestori di rete sono chiamati dalla vigente normativa italiana a fornire il servizio di batteria infinita a titolo gratuito, fatte salve le spese di gestione, che si concretizzano in genere nel canone annuo di locazione di un contatore piombabile, dedicato esclusivamente alla produzione elettrica, e connesso a quello di consumo per permettere di autoconsumare sul posto, iniettare in rete o prelevare dalla rete l'energia in modo trasparente. Se questo servizio è a titolo non oneroso, ovvero se viene fornito a privati, prende tecnicamente il nome di net metering.Questo tipo di impianti, grazie alle incentivazioni stabilite dai paesi ratificanti il Protocollo di Kyoto, e concretizzatesi in Italia con il cosiddetto Conto energia, hanno avuto un aumento esponenziale di applicazioni.

BIPV  o Integrazione Architettonica dell’ Impianto
 

Una menzione a parte va al cosiddetto BIPV, acronimo di Building Integrated PhotoVoltaics, ovvero Sistemi fotovoltaici ad alta integrazione architettonica. L'integrazione architettonica si ottiene posizionando il campo fotovoltaico dell'impianto all'interno del profilo stesso dell'edificio che lo accoglie.

Le integrazioni architettoniche consentono all’ utente di essere destinatario di tariffe in conto energia più vantaggiose, anche se i costi di integrazione sono leggermente più alti dei cost idi installazione senza integrazione.

Le tecniche sono principalmente 3:

• Sostituzione locale del manto di copertura (es. tegole o coppi) con un rivestimento idoneo a cui si sovrappone il campo fotovoltaico, in modo che questo risulti affogato nel manto di copertura;
• Impiego di tecnologie idonee all'integrazione, come il silicio amorfo e/o policristallino.
• Impiego di moduli fotovoltaici strutturali, ovvero che integrano la funzione di infisso, con o senza vetrocamera.

Un impianto fotovoltaico trasforma direttamente l’energia solare in energia elettrica sfruttando le proprietà del principale elemento da cui è composto, il silicio. Esso è costituito essenzialmente da: