Impianto Fotovoltaico

Per energia solare si intende l’energia emanata dal sole e trasmessa sulla terra come radiazione elettromagnetica. L’utilizzo del sole come fonte energetica presenta dei pro e dei contro: si tratta di una fonte pulita, inesauribile ed abbondante che tuttavia è discontinua nel tempo. La tecnologia Fotovoltaica consente di trasformare in maniera diretta l’energia associata alla radiazione solare in energia elettrica sfruttando il fenomeno fotoelettrico.

TECNOLOGIA La conversione energetica avviene in un dispositivo (cella fotovoltaica) costituito da un materiale semiconduttore, opportunamente trattato, all’interno del quale si crea un campo elettrico, che orienta le cariche elettriche generate dalla interazione della radiazione solare (fotoni) con la struttura elettronica del materiale semiconduttore, dando origine ad un flusso di corrente elettrica.

Attualmente il materiale più usato è il silicio cristallino ( mono/poli o amorfo), impiegato in una sottile fetta di spessore compreso tra 0,25 e 0,35 mm. Il monocristallino ha rendimenti di conversione pari al 15-17%, mentre il policristallino, caratterizzato da un minore costo di produzione, presenta rendimenti del 12-14%, più bassi per la presenza di un maggior grado di impurità. Il silicio amorfo, utilizzato nella tecnologia a “film sottile” , viene invece spruzzato sotto forma di gas su una superficie di supporto. Tale tecnologia presenta una convenienza maggiore rispetto alle precedenti, in quanto, per la produzione delle celle viene usata una quantità inferiore di materiale, abbassando quindi il costo di produzione. Inoltre possiede un’ampia versatilità e flessibilità di impiego. L’unico svantaggio, non ancora risolto, è la bassa efficienza dovuta alla struttura cristallina instabile del silicio amorfo.
Sono sistemi a film sottile anche quelli con semiconduttori CIS, CIGS, tellururo di cadmio (CdTe). CIS e CIGS hanno efficienze fino al 13% e costi attuali leggermente inferiori ai sistemi in silicio. Tuttavia la scarsa disponibilità di indio e selenio costituiscono un ostacolo per uno sviluppo su larga scala.
Solo una parte dell’energia radiogena che colpisce la cella è convertita in energia elettrica; l’efficienza di conversione dipende in alta percentuale dalle caratteristiche del materiale costitutivo e non supera generalmente il 20%.
Naturalmente la resa energetica da parte del dispositivo è anche in funzione di fattori quali : fattori geografici e metereologici, orientamento ed inclinazione della superficie dei moduli. Per le latitudini italiane il rendimento massimo si ottiene orientando i moduli verso sud con un angolo di inclinazione rispetto all’orizzonte di 32-45 °.
In condizioni standard (a 25°C con 1kW/ m2 di irraggiamento) una cella eroga circa 1.5 Watt di potenza ( Wp – potenza di picco).
A seconda della tensione richiesta dalle utenze elettriche più moduli possono esser connessi, in serie o in parallelo, a costituire una stringa. A loro volta più stringhe collegate in parallelo vanno a costituire il generatore fotovoltaico.
Un complesso di ulteriori dispositivi (BOS) collega il generatore alle utenze, convertendo ed adattando la corrente continua in uscita alle esigenze finali; ne fanno parte: – sistema di controllo – convertitore CC/CA o inverter – protezione di interfaccia – sistema d’accumuloIn base alla loro configurazione elettrica gli impianti fotovoltaici sono suddivisi in:
1 - STAND ALONE sistemi autonomi
2 - GRID CONNECTED sistemi allacciati alla rete elettrica nazionaleGli impianti stand alone sono impiegati in caso di utenze a bassissimi consumi energetici e per edifici ubicati in zone poco accessibili dalla rete elettrica e quindi difficilmente collegabili. In questa tipologia di sistemi è necessario ricorrere all’utilizzo di batterie per accumulare l’energia elettrica e garantire pertanto la continuità dell’erogazione anche nei periodi in cui il generatore non produce corrente. Nei sistemi grid connect la rete fornisce l’energia sufficiente a coprire la richiesta quando non viene prodotta dal generatore fotovoltaico ( periodi di scarsa o nulla insolazione) e riceve il surplus di elettricità che il sistema genera nelle ore di massima incidenza solare. I grid connect sono impiegati nelle centrali fotovoltaiche e negli impianti inseriti negli edifici. L’integrazione dei moduli fotovoltaici negli edifici offre una serie di vantaggi:
1 riduzione delle perdite dovute alla distribuzione.
2 riduzione della domanda di picco nei mesi estivi, conseguente ad sempre un maggior impiego di condizionatori.
3 risparmio nei materiali di investimento degli edifici.
4 recupero dell’energia termica.
5 utilizzazione come frangisole per le superfici vetrate esposte a sud. I moduli fotovoltaici stanno inoltre trovando sempre più spazio di diffusione commerciale in tutti quei casi in cui l’allaccio alla rete nazionale comporterebbe costi sproporzionati rispetto alle ridotte richieste di energia. Rispondono a questi requisiti: illuminazione e segnaletica stradale, ponti radio e ripetitori televisivi, stazioni per la raccolta dati, batterie di servizio di roulotte ed imbarcazioni.La quantità di energia prodotta da un sistema fotovoltaico è legata ad una serie di fattori che variano da impianto ad impianto, ed i più importanti sono:

Latitudine del sito
Area dell’impianto
Angolo di inclinazione della superficie considerata ed angolo d’orientamento rispetto al sud
Efficienza e grado di pulizia dei moduli
Temperatura delle celle
Rendimento dell’inverter e degli altri componenti elettrici convenzionali (cavi, interruttori, etc.)

A titolo indicativo, prendendo in considerazione le latitudini dell’Italia centrale, un m2 di moduli, installato su una struttura fissa, è in grado di erogare in media circa 190 kWh/anno, con una produzione maggiore d’estate e minore d’inverno. I vantaggi principali di questo tipo di tecnologia riguardano innanzitutto la sua modularità (alta flessibilità di impiego), le ridotte esigenze di manutenzione, in quanto costituiti da materiali resistenti agli agenti atmosferici, un impatto ambientale praticamente nullo e la sua semplicità di utilizzo.