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Energia Fotovoltaica
 
 
 
 

Energia Fotovoltaica

 
 
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Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico costituito essenzialmente dall'assemblaggio di più moduli fotovoltaici che sfruttano l'energia solare incidente per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico, della necessaria componente elettrica (cavi) edelettronica (inverter) ed eventualmente di sistemi meccanici-automatici ad inseguimento solare.

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Gli impianti fotovoltaici sono principalmente suddivisi in 2 grandi famiglie:

impianti "ad isola" (detti anche "stand-alone"): 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);

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.

Caratteristiche tecniche

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. 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.

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).

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.

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 2° Conto Energia (febbraio 2007) definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kW, da 3 a 20 kW e oltre i 20 kW.

Radiazione Solare Italia

Con l'entrata in vigore del 4° Conto Energia (maggio 2011) vi è stato un'ennesima modifica alla normativa: la tariffa corrispondente per il 2012 è divisa per fasce di potenza, impianti su edifici od altri impianti e per semestre, es. nel 2º semestre per impianti su edificio fino a 3 kW avremo una tariffa pari a 0,252 /kWh di energia generato. Le fasce per gli impianti su edificio sono diventate: da 1 a 3 kW, da 3 a 20 kW, da 20 a 200 kW (limite Scambio Sul Posto), da 200 kW a 1MW (limite piccoli), da 1 a 5MW e oltre i 5MW.

L'Stmg e il Testo unico della produzione elettrica definisco i criteri di allacciamento per impianti fotovoltaici superiori a 1 kWp fino ad impianti di grandi dimensioni.

Dimensionamento

Nell'ambito della progettazione, il dimensionamento di un impianto domestico si fa usualmente tenendo in conto:

la potenza media desiderata o necessaria a coprire un certo fabbisogno (ad es. se si vuole solamente coprire parzialmente o totalmente i propri consumi elettrici (kWh/annuo) oppure disporre di un surplus aggiuntivo di energia da vendere con relativo guadagno (sovradimensionamento));

le condizioni di insolazione del luogo di installazione strettamente dipendenti dall'eliofania del posto a sua volta dipendente principalmente dalla latitudine, dall'esposizione, inclinazione e superficie disponibile, dalle condizioni medie di nuvolosità, dalle perdite (efficienza) dell'inverter.

Da tutti questi fattori si risale alla misura della superficie di pannelli fotovoltaici necessaria a soddisfare le specifiche di impianto in termini di produzione richiesta, pervenendo di conseguenza ad una primitiva stima complessiva del costo di impianto, cui andranno poi aggiunti i costi delle componenti elettriche ed elettroniche (cavi e inverter) e i costi di installazione.

In tutti i casi risulta necessaria una valutazione o studio di fattibilità economica che valuti la realizzabilità tecnica e la convenienza economica ovvero costi e ritorni dell'investimento in base all'energia elettrica annuale stimata prodotta e ai tempi inevitabili di dismissione dell'impianto.

La valutazione del costo/efficienza

Il principale ostacolo all'installazione di questo tipo di tecnologia è stato, per lungo tempo, l'alto costo degli impianti stessi, e di conseguenza dell'energia prodotta. Tali limiti sono stati fortemente ridotti negli ultimi anni dalla produzione in massa, conseguenza diretta dell'incentivazione offerta alla produzione di energia solare che ha portato ad un sostanziale abbattimento dei costi.

Diffusione

Mondo

A fine 2012 sono presenti nel mondo impianti fotovoltaici per una potenza totale di 125 GWp.

Europa

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 MWp, 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% (1 GW alimenta istantaneamente circa 350.000 utenze domestiche).

Italia

Le stime del consumo elettrico italiano per il 2008 sono di 1,22 EJ. Nel 2008 in Italia sono stati prodotti circa 209 PJ da fonti rinnovabili, la maggior parte dei quali 150 PJ da fonte idroelettrica, in seconda battuta (21,5 PJ) da biomassa e rifiuti, da fonte geotermica (19,9 PJ), e da centrali eoliche (17,5 PJ). Per il fotovoltaico, al termine del 2010, risultava installata una potenza di picco pari a 3,470 GW, con una produzione di 6,84 PJ, valore quasi triplicato rispetto ai 2,14 PJ del 2009. Nel 2011 il fotovoltaico ha prodotto 10,668 TWh pari al 3,2% del consumo totale di energia elettrica. Tra il 1º gennaio e il 31 agosto 2012 sono stati prodotti 13,713 TWh pari al 6,2% del consumo di quel periodo.