IMPIANTO FOTOVOLTAICO

Fotovoltaico – cos’è e come funziona

Un impianto o sistema fotovoltaico è costituito da un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che concorrono a raccogliere e trasformare l’energia solare disponibile, rendendola utilizzabile sotto forma di energia elettrica. Sfrutta le proprietà di alcuni materiali semiconduttori (fra cui il silicio) che opportunamente trattati e collegati producono elettricità se colpiti dalla radiazione solare, senza parti in movimento e senza l’uso di alcun combustibile.

I pannelli vengono installati sui tetti o integrati nelle costruzioni, oppure anche a terra, e devono essere rivolti a sud per meglio captare la radiazione solare. Il dispositivo più elementare capace di operare una conversione dell’energia solare in energia elettrica è la cella fotovoltaica, che ha le dimensioni di un quadrato di circa 12 cm di lato ed è in grado di generare circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando si trova ad una temperatura di 25 °C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione solare pari a 1.000 W/m2. La potenza in uscita da un dispositivo fotovoltaico che lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) o potenza nominale ed è un valore che viene usato come riferimento per confrontare tra loro impianti diversi. Tante celle unite tra loro formano un pannello fotovoltaico.

Per quanto riguarda i materiali delle celle, il silicio con cui sono costruite può essere di diversi tipi:

Celle in silicio monocristallino
Sono costituite da un unico cristallo di silicio, sono le celle a più alta efficienza perchè il reticolo atomico è perfetto. Si riesce ad ottenere efficienze della cella anche del 22 % (energia prodotta/energia incidente) mentre il rendimento tipico del modulo è del 15% a causa delle perdite indotte dai vari componenti del sistema quindi occorre una superficie di circa 8,5 mq per ottenere 1 kW di picco. I costi del monocristallino sono i più alti. Il limite fisico teorico invalicabile del rendimento di una cella è il 44% ed è dovuto alla modalità di trasmissione di energia tra i fotoni e gli atomi di silicio.

Celle in silicio policristallino
Sono formate da macro cristalli che hanno punti di giunzione tra loro; la cella fotovoltaica consente comunque buone efficienze, minori del monocristallino di qualche punto percentuale, mentre il rendimento tipico del generatore è 13%. Celle di questo tipo costano meno ma producono meno energia. Se si considerano i costi per unità di potenza, monocristallino e policristallino si equivalgono abbastanza ma l’impianto in silicio policristallino deve essere più grande per raggiungere la stessa potenza.

Celle in silicio amorfo
Ottenute per deposizione su un supporto di plastica o vetro o un qualunque materiale isolante anche pieghevole. L’efficienza tipica del modulo arriva solo al 7-8% ma hanno il vantaggio di utilizzare molto meno silicio (il materiale puro è costoso). Il costo per unità di potenza è equivalente al cristallino ma occorrono superfici molto maggiori e maggiori strutture di sostegno mentre il costo al metro quadrato è decisamente più basso.

A seconda del tipo di utenza si possono distinguere due tipologie di impianto: quando l’impianto è destinato ad alimentare utenze isolate è di tipo stand alone e in genere ai associa a degli accumultari a batteria, altrimenti, se le utenze sono connesse alla rete elettrica, è di tipo grind connected.

Per accedere al conto energia l’impianto fotovoltaico deve essere connesso alla rete (grid connected)

Impianti connessi con una rete elettrica
Un impianto fotovoltaico a immissione in rete è principalmente composto dai seguenti componenti:

1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente alternata convenzionale a 220V di tensione. Questo adattatore é assolutamente necessario per il corretto funzionamento delle utenze collegate e per l’alimentazione della rete.
3. Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell’energia. In caso di consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli fotovoltaici la corrente viene prelevata dalla rete pubblica. In caso contrario l’energia fotovoltaica eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la quantità di energia fornita dall’impianto fotovoltaico alla rete.
4. Rete: allacciamento alla rete pubblica dell’azienda elettrica.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall’impianto fotovoltaico.

Schema di un impianto connesso alla rete pubblica

Gli impianti connessi alla rete possono contemporaneamente:

• Generare energia elettrica destinata all’autoconsumo – L’energia elettrica prodotta viene autoconsumata con l’effetto di ridurre i costi della bolletta energetica. In questo caso non è previsto un sistema di accumulo di energia, la rete elettrica funziona come riserva di energia da utilizzare quando l’impianto non ne produce abbastanza; un doppio contatore provvede a calcolare la differenza tra energia elettrica immessa ed assorbita dall’utente su base annuale e stabilisce l’eventuale credito energetico per l’anno successivo (scambio sul posto).

• Generare energia da immettere nella rete elettrica – L’energia prodotta viene venduta e immessa nella rete elettrica nazionale, quindi il compito di questo tipo di impianti è quello di produrre la quantità massima di energia in modo da massimizzare i ricavi.

Per saperne di più consulta anche l’opuscolo dell’Enea