PANNELLI-FOTOVOLTAICI

I sistemi fotovoltaici sono dei dispositivi capaci di trasformare l’energia solare in energia elettrica.
Il principio di funzionamento si basa sull’effetto fotovoltaico, ovvero il fenomeno attraverso il quale si genera una tensione elettrica ai capi di un materiale semiconduttore, opportunamente trattato, quando questo viene investito dalla radiazione solare.

Com’è fatto

L’elemento principale che costituisce un sistema fotovoltaico è la cella fotovoltaica, una piastrina (circolare o quadrata) le cui facce, superiore ed inferiore, costituiscono i poli (positivo e negativo) della cella a basso voltaggio (0.5 Volt e intensità di 3 Ampere), ma ad alta densità di corrente (eroga circa 1/1.5 W di potenza se investita da una radiazione di 1000 W/m2).
Questo valore di tensione, minore di quello necessario per il funzionamento della maggior parte delle apparecchiature elettriche, può essere aumentato collegando tra loro più celle che, in questo modo, costituiscono un modulo.
Un modulo è costituito da 36 celle, ha una superficie di circa mezzo metro quadrato ed eroga, in condizioni ottimali, tra i 40 e 50 W. Per far funzionare le apparecchiature domestiche è necessario collegare più moduli tra loro, formando così un campo fotovoltaico. La potenza massima ipoteticamente raggiungile non ha limiti ed è strettamente connessa al numero di moduli collegabili tra loro. Per trasferire la corrente continua prodotta all’utenza sono necessari una serie di dispositivi, elettrici ed elettronici, di trasformazione ed adattamento, nel loro complesso chiamati BOS (Balance Of System), diverso a seconda del tipo di applicazione del sistema fotovoltaico.

Applicazioni

La modularità di tali sistemi determina una loro particolare flessibilità di utilizzo. Infatti la loro applicazione può andare dall’alimentazione di piccoli orologi da polso (0.01 W) fino alle centrali di potenza (oltre 1 MW). Il sistema domestico può essere di due tipologie:
– Autonomi
– Connessi alla rete elettrica

I sistemi autonomi sono caratterizzati dalla necessità di fornire l’energia elettrica all’utenza anche in condizioni di bassa insolazione o buio.
Si rende così la necessità di accumulare l’energia elettrica prodotta e non utilizzata al momento della produzione attraverso un opportuno sistema di batterie.
Poiché la corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua, se il carico richiede una corrente alternata è necessario disporre di un convertitore cc/ca (inverter).
I sistemi connessi alla rete elettrica non necessitano del sistema di accumulazione, in quanto, nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non produce energia sufficiente per soddisfare la domanda (ad esempio nelle ore di maggior carico oppure di notte), è la rete a fornire l’energia richiesta.
Viceversa se è il sistema fotovoltaico a produrre più energia di quanta viene richiesta, il surplus viene trasferito alla rete.
In un impianto tipo due contatori contabilizzeranno gli scambi di energia fra l’utente e la rete. Anche in questo caso abbiamo un inverter che trasforma l’energia elettrica da continua ad alternata, controllando ed ottimizzando il passaggio di energia tra il modulo fotovoltaico ed il carico.
La contabilizzazione può avvenire tramite due contatori separati che misurano rispettivamente l’energia in ingresso e quella in uscita (per cui a quello tradizionale ne verrà affiancato un altro) oppure attraverso un unico contatore unidirezionale.

Alla fine dell’anno si analizza il saldo dell’energia:
– se positivo si vanta un credito nei confronti del fornitore da utilizzare negli anni successivi
– se negativo si paga la differenza fra la quantità di energia prelevata meno quella immessa secondo le tariffe vigenti
In ogni caso non è possibile vendere l’energia elettrica in esubero immessa in rete, ma solo conseguire un credito di energia su base annuale.

I documenti necessari per l’installazione dell’impianto sono:
– concessione edilizia solo per installazioni su abitazioni soggette a vincoli ambientali o paesaggistici
– dichiarazione di inizio attività da inviare all’ufficio tecnico del comune. Vige il principio del silenzio-assenso

L’installazione dell’impianto può essere effettuata soltanto da ditte regolarmente iscritte all’Albo Provinciale delle Imprese Artigiane
in possesso dei requisiti tecnico-professionali previsti dalla legge 46/90.

Per poter effettuare lo scambio di energia con la rete elettrica è necessario stipulare con l’azienda fornitrice (la quale è obbligata a concedere tale servizio)
un apposito contratto.
Per avviare la pratica bisogna rivolgersi alle sedi amministrative locali del gestore della rete.

Alla stipula del contratto l’impianto deve soddisfare alcuni requisiti:
– certificazione relativa alla sicurezza come stabilito dalle norme CEI 11-20
– autocertificazione redatta da un installatore qualificato relativamente alla realizzazione dell’opera

Se inizialmente l’applicazione dei moduli FV era circoscritte ad apposite centrali di grosse dimensioni o per applicazioni spaziali, oggigiorno tali moduli vengono utilizzati nelle telecomunicazioni, nella segnaletica terrestre e marittima ed in reti in isole minori.
Uno dei problemi derivanti dall’utilizzo di moduli fotovoltaici negli edifici deriva dalla loro integrazione nella struttura esterna delle costruzioni, tali da poter generare un ottimo impatto visivo.

I vantaggi dei sistemi integrati negli edifici sono:
-Risparmio dei materiali di rivestimento dell’edificio.
– Possibilità di occupare superfici inutilizzate di un edificio e il risparmio di terreni sfruttabili in altro modo.
– Possibilità di recupero dell’energia termica prodotta utilizzando il calore raccolto per il riscaldamento di acqua sanitaria.
– Utilizzazione dell’energia elettrica nello stesso luogo dove è prodotta, con conseguente riduzione delle dispersioni.
– Possibile impiego dei pannelli per usi polifunzionali (es. frangisole).

La quantità di energia elettrica prodotta dipende da diversi fattori:
– Dimensioni ed efficienza dei moduli: il rendimento medio di un pannello è in genere compresa tra il 10-15%.
– Intensità della radiazione solare incidente: in questo caso il parametro discriminante è rappresentato dalla latitudine del luogo di installazione dei moduli.
– Posizionamento dei moduli: dipende dall’angolo di inclinazione rispetto al terreno e dall’orientamento rispetto al Sud.
– Efficienza del BOS: dipende dalle singole efficienze degli elementi che lo compongono (in genere 85% è un valore accettabile).
– Altri parametri di funzionamento (es. temperatura di funzionamento).

Costi

Per applicazioni convenzionali in località già servite dalla rete elettrica i moduli FV non sono ancora concorrenziali con le tradizionali tecnologie di produzione dell’energia elettrica,
nonostante il loro costo si sia stato abbattuto di circa 10 volte negli ultimi 20 anni.
I costi principali di un impianto FV sono da ascrivere al tipo dei componenti scelti ed al tipo di impianto installato.
I tipi di moduli più comunemente utilizzati sono quelli in silicio monocristallino (m-Si) e policristallino (p-Si),
che hanno caratteristiche di efficienza (rispettivamente 13.5% e 12.5%) e durata (circa 30 anni) pressoché simili tra loro.

Il prezzo di questi moduli varia tra 3.5-4.5 € per Watt di picco.
Costi inferiori si hanno con pannelli al silicio amorfo che però hanno anche un’efficienza (circa 7%) e una durata (10 anni) minore dei precedenti.
Altro elemento che pesa in maniera considerevole sul costo di un impianto FV sono le batterie di accumulo.
Le più diffuse, quelle al piombo acido, hanno un costo che varia fra 150-175 € per KWh di capacità di accumulo.
Altresì la vita utile varia tra i 2 e i 5 anni (a seconda del tipo di manutenzione) a fronte dei 30 anni di vita dei moduli.
Viceversa l’inverter non incide granché (circa 15%- 25%) sul costo dell’impianto.
Allo stesso modo, di difficile quantificazione risulta essere il costo della struttura di supporto, strettamente dipendente dal tipo di sistemazione dell’impianto.
Da ciò deriva come il costo di 1 kWh, per un impianto collegato in rete, sia di circa 0.35 Euro 0.5 Euro per un impianto isolato.

Incentivi statali e regionali

In relazione ai notevoli benefici ambientali derivanti dall’utilizzo dei pannelli FV (1 KWp di moduli installato evita l’emissione in aria di oltre 23 tonnellate di anidride carbonica) vanno diffondendosi interventi pubblici e sostegno della diffusione di tale tecnologia:
– sgravio del 36% dell’IRPEF per le ristrutturazioni edilizie: chi effettua nell’edificio e/o nella abitazione in cui abita o possiede, tra gli altri, interventi di risparmio energetico e utilizza le fonti rinnovabili di energia, può detrarre dall’Imposta sul Reddito delle Persone Fisiche (IRPEF) il 36 % del valore globale dell’investimento. Il tetto di spesa detraibile dall’IRPEF è pari 48.000 €.
– IVA ridotta al 10% per l’acquisto dei pannelli: per l’acquisto di pannelli solari termici e fotovoltaici (e dei materiali edili in genere) rimane in essere la riduzione dell’Iva dal 20 % al 10% .
– programma dei 10.000 tetti fotovoltaici: è un programma che è volto ad incentivare la realizzazione di impianti fotovoltaici integrati negli edifici. Le tipologie di impianti, connessi alla rete elettrica, possono essere, in base alla potenza installata, di due tipi: da 1 a 5 kW e da 5 a 50 kW. I primi interventi hanno previsto un contributo in conto capitale pari al 75% per gli impianti di taglia più piccola e un contributo, sia in conto capitale che in conto kWh, per gli impianti più grandi.

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