Impianto fotovoltaico
Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.
Classificazione
Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in due grandi famiglie: impianti ad isola, o stand-alone, e impianti connessi alla rete, o grid-connected.
Impianti fotovoltaici a isola
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 a cippa a isola sono generalmente:
- Campo gnorsa, 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.
- Inverter, deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello (solitamente 12 o 24 volt) in una tensione alternata (AC) più alta (solitamente 110 o 220 volt)
Il campo fotovoltaico in genere impiegato per gli impianti ad isola è ottimizzato per una specifica tensione di sistema, decisa solitamente in fase di progettazione del sistema stesso. Le tensioni più utilizzate sono 12 o 24 V. Conseguentemente, essendo la maggior parte dei moduli fotovoltaici in commercio a 12 o 24 V, le stringhe elettriche che formano il campo sono molto corte, fino al limite del singolo modulo per stringa. In quest'ultimo caso, in pratica, il campo fotovoltaico è costituito da semplici paralleli elettrici tra moduli, occasionalmente dotati di diodi.
Il regolatore di carica ha tra le sue funzionalità più tipiche quelle di:
- stacco del campo fotovoltaico dalla batteria in caso di tensione 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 (batteria ormai esaurita).
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.
Impianti fotovoltaici connessi alla rete
Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC, ma che immettono in rete la produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete.
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.
- Componente spesso sottovalutata, i cavi di connessione, che devono presentare un'adeguata resistenza ai raggi UV ed alle temperature.
I vari gestori di rete sono chiamati dalla vigente normativa italiana a fornire il servizio di net metering 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 misurazione dell'energia elettrica prodotta, e connesso a quello di consumo per permettere di autoconsumare sul posto, iniettare in rete o prelevare dalla rete l'energia in modo trasparente.
Questo tipo di impianti, grazie alle incentivazioni stabilite dai paesi ratificanti il Protocollo di Kyōto, e concretizzatesi in Italia con il cosiddetto Conto energia, hanno avuto un aumento esponenziale di applicazioni.
Caratteristiche dell'impianto
La potenza nominale 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. Da osservare che ogni tipologia di cella ha un tipico "consumo" in termini di superficie, con le tecnologie a silicio amorfo oltre i 20 m² / kWp. Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli. Queste file vengono stabilite per esigenze geometriche del sito di installazione e possono o meno corrispondere alle stringhe, ovvero serie, elettriche stabilite invece per esigenze elettriche del sistema.
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, tuttavia il "Nuovo conto energia" del Febbraio 2007 definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kWp, da 3 a 20 kWp e oltre i 20 kWp.
L'Stmg definisce i criteri di allacciamento per impianti fotovoltaici superiori a 1 kV fino ad impianti di grandi dimensioni.
BIPV
Una menzione a parte va al cosiddetto BIPV, acronimo di Building Integrated PhotoVoltaics, ovvero Sistemi fotovoltaici architettonicamente integrati. L'integrazione architettonica si ottiene posizionando il campo fotovoltaico dell'impianto all'interno del profilo stesso dell'edificio che lo accoglie. 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 i film sottili;
- Impiego di moduli fotovoltaici strutturali, ovvero che integrano la funzione di infisso, con o senza vetrocamera.
I costi per ottenere un impianto BIPV sono più alti rispetto a quello tradizionale, ma il risultato estetico è talmente pregevole che la normativa stessa del Conto energia li tutela e valorizza, riconoscendo una tariffa incentivante sensibilmente più elevata .
Fattibilità su larga scala
Le stime del consumo elettrico italiano per il 2008 sono di 339,5 TWh (miliardi di kWh)[1]
Nel 2008 in Italia sono stati prodotti circa 58 TWh da fonti rinnovabili, la maggior parte dei quali (41,6 TWh) da fonte idroelettrica, in seconda battuta (5,96 TWh) da biomassa e rifiuti (la cui combustione, qualora condotta facendo uso della migliore tecnologia disponibile, produce al più lo stesso inquinamento atmosferico generato da una centrale termoelettrica ad idrocarburi), da fonte geotermica (5,52 TWh), e da centrali eoliche (4,86 TWh).[2] Per il fotovoltaico nel 2008 risultava una potenza di picco di 431 MW, con una produzione di 0,2 TWh, con una crescita del 400% rispetto all'anno precedente.
I limiti principali allo sviluppo degli impianti fotovoltaici risiedono innanzitutto nell'alto costo degli impianti stessi e di conseguenza dell'energia prodotta.
Secondo altri studi (effettuati nel 2004), per coprire il consumo energetico elettrico italiano sarebbero necessari 1.861 km² (supponendo 1500 ore di insolazione all'anno).
La superficie totale italiana è pari a 301.171 km², quindi servirebbe coprire lo 0,6% della superficie italiana per fare fronte al consumo elettrico nazionale. Considerando una superficie agricola utile di 13 milioni di ettari, si dovrebbe quindi coprire con campi fotovoltaici una superficie pari all'1,4% dei terreni agricoli.
Molte speranze si possono ragionevolmente riporre nel fotovoltaico, se integrato con gli altri sistemi di energia rinnovabile, nella sostituzione graduale delle energie fossili, in via di esaurimento. Segnali in questo senso provengono da diverse esperienze europee. In Germania in particolare, leader mondiale del settore[3], sono state avviate molte centrali elettriche fotovoltaiche utilizzando zone dismesse o tetti di grandi complessi industriali.
Quando la Commissione Europea pubblicò nel 2002 il rapporto "European Photovoltaics Projects: 1999-2002", la capacità fotovoltaica installata nel continente era pari a circa 400 MW, ma l'obiettivo del Libro Bianco europeo punta al raggiungimento di una capacità installata di almeno 3 GW entro il 2010, con un incremento annuo del 30% (1GW può fornire energia per circa 350.000 utenze domestiche nel momento di massimo utilizzo).
Curiosità
- Il più grande impianto fotovoltaico in funzione al mondo è ubicato a Olmedilla de Alarcón, in Spagna. La sua potenza nominale è di 60 MWp[4].
- Il più grande impianto su tetto è quello costruito sugli stabilimenti General Motors a Saragozza, sempre in Spagna, con una potenza di 11,8 MW di picco[5].
- Il più grande impianto fotovoltaico architettonicamente integrato in funzione è quello dei padiglioni fieristici di Monaco di Baviera, per un totale di 1 MWp. L'integrazione architettonica consiste nell'impiego dei moduli fotovoltaici come infissi, ovvero in sostituzione della copertura stessa degli edifici.
- Il più grande impianto in facciata al mondo è quello costruito sulla sede del produttore di moduli fotovoltaici cinese Suntech Power, per un totale di 1 MWp su 6900 m2[6]. La stessa azienda detiene anche l'attuale record mondiale per capacità produttiva con 1 GWp/anno di moduli fotovoltaici prodotti e commercializzati[7]. La giapponese Sharp deteneva il precedente primato fin dagli albori del fotovoltaico.
- L'installazione fotovoltaica più spettacolare è forse la cosiddetta Pergola solare installata a Barcellona, Spagna, che raccoglie moduli fotovoltaici per un totale di 1 MWp su un'unica vela sospesa a mezz'aria di 112x50 metri (quasi un campo di calcio regolamentare).
- Il più grande impianto fotovoltaico in Italia è quello completato nel Marzo 2009 sul tetto dello stabilimento di KME Group a Serravalle Scrivia in provincia di Alessandria che sviluppa una potenza di 4,7 MWp[8].
- L'impianto fotovoltaico ENEL di Serre, provincia di Salerno è stato a lungo il più grande impianto fotovoltaico al mondo, in funzione dal lontano 1995 con 3,3 MWp di moduli fotovoltaici.
Voci correlate
Note
- ^ http://www.terna.it/LinkClick.aspx?fileticket=kC6jCJsPHSw%3D&tabid=64&mid=100 Terna Dati statistici sull’energia elettrica in Italia nel 2008“Dati statistici sull’energia elettrica in Italia nel 2008
- ^ [>http://media.tecnici.it/file/news/GSE_STATISTICHE-2008.pdf Statistiche sulle fonti rinnovabili anno 2008]
- ^ Dati Terna
- ^ http://www.pvresources.com/en/top50pv.php
- ^ http://www.pvresources.com/en/top25bipv.php
- ^ http://online.wsj.com/article/PR-CO-20090210-907042.html
- ^ http://www.thestandard.com/news/2009/01/09/suntech-reaches-1gw-annual-solar-capacity
- ^ Inaugurato L’Impianto Fotovoltaico Più Potente D’Italia
