Impianti Fotovoltaici
E' possibile trasformare la propria abitazione in una piccola centrale elettrica grazie ad una fonte inesauribile e non inquinante: il sole. La soluzione è installare sul tetto o a terra un impianto fotovoltaico ed usufruire degli incentivi provenienti dal meccanismo di incentivazione pubblica "in conto energia". Attraverso di esso l'energia elettrica prodotta dall'impianto viene remunerata per venti anni dal Gestore dei Servizi Energetici (GSE Spa).Il "conto energia" incentiva l'energia prodotta da impianti di piccole, medie e grandi dimensioni connessi alla rete, in altri termini idonei sia per le piccole utenze domestiche che per le grandi aziende.
Elteknica, grazie al suo personale altamente qualificato, è in grado di fornire tutto il supporto necessario per:
- la fase di valutazione di fattibilità
- la fase di progettazione
- la presentazione della domanda al GSE Spa
- la realizzazione dell'impianto.
Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico costituito essenzialmente dall'assemblaggio di più moduli fotovoltaici che sfruttano l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico, della necessaria componente elettrica (cavi) ed elettronica (inverter) ed eventualmente di sistemi meccanici-automatici ad inseguimento solare.
Gli impianti fotovoltaici sono principalmente suddivisi in 2 grandi famiglie:
- impianti "ad isola" (detti anche "off-grid"): non sono connessi ad alcuna rete di distribuzione, per cui sfruttano direttamente sul posto l'energia elettrica prodotta e accumulata in un accumulatore di energia (batterie). Esistono anche in modelli provvisori, facilmente smontabili e trasportabili;
- impianti "connessi in rete" (detti anche grid-connected): sono impianti connessi ad una rete elettrica di distribuzione esistente e gestita da terzi e spesso anche all'impianto elettrico privato da servire;
Un caso particolare di impianto ad isola, detto "ibrido", resta connesso alla rete elettrica di distribuzione, ma utilizza principalmente le sue fonti, una sola, o può avere una combinazione, ad esempio, fotovoltaico, eolico, gruppo elettrogeno, anche con l'aiuto di un accumulatore. Qualora nessuna delle fonti sia disponibile o l'accumulatore sia scarico, un circuito collega l'impianto alla rete elettrica per la continuità della fornitura.
Dal punto di vista strutturale, va menzionata la posa "architettonicamente integrata" (noto anche con l'acronimo BIPV, Building Integrated PhotoVoltaics, ovvero "sistemi fotovoltaici architettonicamente integrati"). L'integrazione architettonica si ottiene ponendo i moduli fotovoltaici dell'impianto all'interno del profilo stesso dell'edificio che lo accoglie. Le tecniche sono principalmente:
- 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, che svolgono anche la funzione di infisso, con o senza vetrocamera.
I costi per realizzare un impianto fotovoltaico integrato sono più alti rispetto a quello tradizionale, ma il risultato estetico è privilegiato dalla normativa del conto energia, con il riconoscimento di una tariffa incentivante sensibilmente più elevata.
Questa famiglia è al servizio di quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche, come la rete nazionale in C.A., 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;
- batteria di accumulo o accumulatore, costituita da una o più batterie ricaricabili opportunamente connesse (serie/parallelo) deputata/e a conservare la carica elettrica fornita dai moduli in presenza di sufficiente irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte degli apparecchi elettrici utilizzatori.
- domotica gestionale: una centralina può commutare automaticamente l'energia fra varie fonti rinnovabili (pannelli fv, eolici, generatori ecc. ecc) passando da uno all'altra o a batterie di accumulo ed infine anche al fornitore.
- regolatore di carica, deputato a stabilizzare l'energia raccolta e a gestirla all'interno del sistema in funzione di varie situazioni possibili;
- inverter altrimenti detto convertitore C.C./C.A., deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello (solitamente 12 o 24/48 volt) in una tensione alternata (AC) più alta (in genere 110 o 230 volt per impianti fino a qualche kW, a 400 volt per impianti con potenze oltre i 5 kW).
Le tensioni più utilizzate sono 12 o 24 V. Conseguentemente, dato che la maggior parte dei moduli fotovoltaici utilizzati in questa tipologia di impianti ha tensioni in uscita pari a 12 o 24 V, le cosiddette stringhe elettriche che formano il campo sono costituite da pochissimi moduli, 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, dotati di diodi di stringa per la protezione dalle cosiddette correnti inverse di cui tratteremo oltre.
L'accumulatore è in genere costituito da monoblocchi, o elementi singoli specificamente progettati per cariche e scariche profonde e cicliche. Negli impianti che devono garantire continuità di servizio anche alle più severe condizioni non sono, in genere impiegati accumulatori per uso automobilistico, che pur funzionando a dovere hanno bassa "vita utile" ossia tollerano un minor numero di cicli di carica e scarica rispetto ad accumulatori progettati e costruiti appositamente per questo tipo di impiego. Nel caso di installazioni degli accumulatori su palo o in altezza (per es. pubblica illuminazione o lampione fotovoltaico) non possono essere utilizzati accumulatori per uso automobilistico in quanto eventuali perdite di elettrolita (che è costituito da una soluzione altamente corrosiva a base di acido solforico) potrebbero causare danni a persone, animali e cose. In queste installazioni si utilizzano appositi accumulatori nel quale l'elettrolita liquido è sostituito da uno speciale gel.
Il regolatore di carica è un dispositivo elettronico che possiede le seguenti funzionalità minime:
- sezionamento automatico del campo fotovoltaico (inteso come insieme di tutti i moduli) dalla batteria di accumulatori nel caso in cui la tensione erogata dai moduli sia inferiore a quella minima di ricarica degli accumulatori (cielo molto coperto, notte, guasti, interruzioni per manutenzioni ecc.); in questo caso infatti i moduli si comporterebbero come dei carichi resistivi scaricando gli accumulatori;
- sezionamento automatico del campo fotovoltaico dagli accumulatori in caso di ricarica completa ed eventuale bypass della corrente prodotta dai moduli in modo da inviarla direttamente all'inverter nel caso ci sia richiesta di energia da parte degli apparecchi utilizzatori;
- sezionamento automatico del campo fotovoltaico dagli accumulatori in caso di scarica totale di questi ultimi (batteria ormai esaurita) ed eventuale bypass della corrente prodotta dai moduli in modo da inviarla direttamente all'inverter nel caso ci sia richiesta di energia da parte degli apparecchi utilizzatori.
Impianti fotovoltaici connessi in rete (grid-connected)
Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC, ma che immettono in rete tutta o parte della produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete, contribuendo alla cosiddetta generazione distribuita.
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;
- cavi di connessione, componente spesso sottovalutata, devono presentare un'adeguata resistenza ai raggi UV ed alle alte temperature.
- quadro di campo, quadro in corrente continua costituito da eventuali diodi di blocco a protezione dalle possibili correnti inverse sulle stringhe, scaricatori per le sovratensioni e interruttori magnetotermici e/o fusibili per proteggere i cavi da eventuali sovraccarichi.
- inverter, deputato a stabilizzare l'energia raccolta, a convertirla in corrente alternata e ad iniettarla in rete;
- quadro di interfaccia, installato a valle dell'inverter ed equipaggiato di componenti necessari all'interfacciamento con la rete elettrica secondo le norme tecniche in vigore. (la norma di riferimento è la CEI 0-21 per la BT e la CEI 0-16 per la MT)
Impianti fotovoltaici "Plug and Play"
All'interno della famiglia degli impianti fotovoltaici connessi in rete si distinguono gli impianti "Plug and Play", ovvero sistemi di accumulo di taglia ridotta che possono essere collegati direttamente all'impianto elettrico dell'utente, tramite una spina, alla normale presa di corrente domestica 230V. Sono immediatamente utilizzabili senza particolari interventi tecnici o burocratici e contribuiscono al risparmio energetico dell'abitazione, sfruttando l'irraggiamento solare contestualmente disponibile.
Con la consultazione 614/2016/R/eel del 2016[2] vennero riportate le prime disposizioni della AEEGSI (oggi ARERA) per la connessione degli impianti di produzione elettrica.
La Norma CEI 0.21[3] definisce l'impianto di produzione "Plug & Play" come un particolare impianto di taglia ridotta destinato alla produzione di elettricità, avente potenza nominale non superiore a 350 watt, che risulta completo e pronto alla connessione diretta tramite spina ad una presa dedicata e visivamente identificabile rispetto alle altre prese all'interno dell'impianto elettrico dell'utente.[4]
Il 4 agosto 2020, con la Delibera 315/2020/R/eel di ARERA,[5] vengono semplificate le condizioni procedurali ed economiche per la connessione di tutti gli impianti di generazione con potenza nominale inferiore a 800 watt.
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si considera generalmente come la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e si intende come il valore in Watt di picco, indicato con il simbolo: Wp e multipli (kWp, MWp, ...). Una indicazione più puntuale della potenza utile è quella della potenza in alternata, ovvero dopo l'inverter (una indicazione della potenza netta, utile, dell'impianto), valore che si indica in WCA (WAC sulle pubblicazioni in lingua inglese) e multipli (kWCA, MWCA, ...). In tale frangente, la potenza di picco, ovvero lorda, si indica con WCC (WDC sulle pubblicazioni in lingua inglese), per indicare che si tratta della potenza in corrente continua.
La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, per la tecnologia silicio policristallino e silicio monocristallino, circa 4 m² / kW (per moduli di circa il 18-20% di efficienza esposti a Sud) ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d'ombra prodotte da ostacoli, tipo camini, antenne TV ecc., se montati in modo complanare alle superficie, invece se montati in modo non complanare si deve tenere conto dell'ombra che gli stessi pannelli producono e quindi la superficie impiegata è di circa 8 m²/kW.
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.
In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso in rete, l'unico componente disposto in esterno è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti (es. cabina).
L'energia prodotta è tanto maggiore quanto più l'impianto gode di un'esposizione favorevole all'irraggiamento solare, che è funzione dell'eliofania e massima con determinati angoli di inclinazione rispetto ad un piano orizzontale al suolo e per esposizioni il più possibile verso sud.
Per massimizzare la captazione dell'irraggiamento solare si progettano e si realizzano moduli fotovoltaici ad inseguimento solare che adattano cioè l'inclinazione del pannello ricevente all'inclinazione dei raggi solari durante il giorno e la stagione.
Infine, occorre tenere presente l'“Efficienza del B.O.S.” (Balance of System), che nella lingua inglese significa considerare tutte le parti in gioco ed indica l'efficienza di tutta la catena che compone il sistema fotovoltaico, escluso i moduli stessi. Per BOS si intende l'insieme dei dispositivi e della componentistica elettrica/elettronica dell'impianto fotovoltaico, che trasferiscono l'energia prodotta dai moduli alla rete elettrica. Un valore accettabile è generalmente valutato intorno all'85%. In termini di potenze, un WCA equivale al prodotto dell'efficienza citata per un WCC (grosso modo il Wp).
L'effetto della temperatura sui moduli fotovoltaici viene solitamente quantificato mediante alcuni coefficienti relativi alle variazioni della tensione a circuito aperto, della corrente di cortocircuito e della potenza massima alle variazioni di temperatura. In questo documento, linee guida sperimentali complete per stimare i coefficienti di temperatura[6]
Potenze e conto energia
La regolamentazione nazionale suddivide gli impianti fotovoltaici in vari gruppi, per dimensione, modalità di utilizzo e di posa. Prima in 3 gruppi:
- piccoli impianti: con potenza nominale inferiore a 20 kW;
- medi impianti: con potenza nominale compresa tra 20 kW e 50 kW;
- grandi impianti: con potenza nominale maggiore di 50 kW.
Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana del Conto energia, tuttavia il 2º Conto Energia (febbraio 2007) definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kW, da 3 a 20 kW e oltre i 20 kW.
Il Prodotto
Un impianto fotovoltaico è costituito da un insieme di apparecchiature che consentono di trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica.
Gli impianti per la produzione di energia elettrica mediante tecnologia fotovoltaica presentano diversi vantaggi, tra i quali i più significativi sono:
•assenza di qualsiasi tipo di emissioni inquinanti;
•risparmio dei combustibili fossili;
•estrema affidabilità poiché non esistono parti in movimento (vita utile superiore a 25 anni);
•costi di manutenzione ridotti al minimo;
Gli impianti per la produzione di energia elettrica mediante tecnologia fotovoltaica presentano diversi vantaggi, tra i quali i più significativi sono:
•assenza di qualsiasi tipo di emissioni inquinanti;
•risparmio dei combustibili fossili;
•estrema affidabilità poiché non esistono parti in movimento (vita utile superiore a 25 anni);
•costi di manutenzione ridotti al minimo;
•modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli).
Una prima classificazione delle tipologie di impianti fotovoltaici può essere la seguente:
impianti autonomi funzionanti in isola (stand-alone);
impianti collegati in parallelo alla rete elettrica pubblica (grid connected);
Questi ultimi generalmente non dispongono di dispositivi di accumulo di energia (batterie) e in caso di black-out non possono garantire l'elettricità all'utente proprietario dell'impianto.
E' importante sapere che l'incentivo statale in conto energia può essere richiesto solamente per impianti connessi alla rete.
Una ulteriore classificazione può essere fatta in base alla potenza degli impianti:
impianti di potenza non superiore a 200 kWp;
impianti con potenza superiore a 200 kWp.
La prima tipologia raccoglie un insieme di impianti particolarmente indicati per installazione su immobili di privati cittadini, di attività commerciali e di piccole aziende; una realizzazione simile comporta limitati oneri amministrativi e gestionali ed ha il vantaggio di poter usufruire del servizio di "Scambio di energia alla pari" (Net-Metering) erogato e gestito dal GSE Spa.
Una prima classificazione delle tipologie di impianti fotovoltaici può essere la seguente:
impianti autonomi funzionanti in isola (stand-alone);
impianti collegati in parallelo alla rete elettrica pubblica (grid connected);
Questi ultimi generalmente non dispongono di dispositivi di accumulo di energia (batterie) e in caso di black-out non possono garantire l'elettricità all'utente proprietario dell'impianto.
E' importante sapere che l'incentivo statale in conto energia può essere richiesto solamente per impianti connessi alla rete.
Una ulteriore classificazione può essere fatta in base alla potenza degli impianti:
impianti di potenza non superiore a 200 kWp;
impianti con potenza superiore a 200 kWp.
La prima tipologia raccoglie un insieme di impianti particolarmente indicati per installazione su immobili di privati cittadini, di attività commerciali e di piccole aziende; una realizzazione simile comporta limitati oneri amministrativi e gestionali ed ha il vantaggio di poter usufruire del servizio di "Scambio di energia alla pari" (Net-Metering) erogato e gestito dal GSE Spa.
Contatta ELTECNICA S.r.l.