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Il solare fotovoltaico Giovedi 22 gennaio ITC Fratelli Rosselli Ing. Claudio Ginocchietti Ing. Luisa Marani Agenzia per lEnergia e lAmbiente della Provincia.

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1 Il solare fotovoltaico Giovedi 22 gennaio ITC Fratelli Rosselli Ing. Claudio Ginocchietti Ing. Luisa Marani Agenzia per lEnergia e lAmbiente della Provincia di Perugia S.p.A.

2 In seguito alladesione dellItalia al protocollo di Kyoto, il nostro paese si è assunto lonere di diminuire le emissioni di CO 2 entro il 2008 del 6,5% rispetto al 1990 In seguito alladesione dellItalia al protocollo di Kyoto, il nostro paese si è assunto lonere di diminuire le emissioni di CO 2 entro il 2008 del 6,5% rispetto al 1990 La strada da percorrere: perseguire obiettivi di efficienza energetica perseguire obiettivi di efficienza energetica Incrementare la produzione energetica ad emissione zero Incrementare la produzione energetica ad emissione zero

3 Le opportunità da sfruttare Cercare di sostituire quando possibile gli idrocarburi fossili quali il petrolio ed il gas naturale con energia solare. Cercare di sostituire quando possibile gli idrocarburi fossili quali il petrolio ed il gas naturale con energia solare. Sicuramente il nostro paese è dotato di un altissimo potenziale solare. Sicuramente il nostro paese è dotato di un altissimo potenziale solare.

4 Insolazione annua LocalitàInsolazione (KWh/m 2 anno) Milano1.236 Roma1.564 Trapani1769

5 Insolazione nella provincia di Perugia LocalitàInsolazione (KWh/m 2 anno) Insolazione (KWh/m 2 /mese) Perugia1.455,9 gen=49,08 lug=201,50 C. del Lago 1.457,7 gen=50,81 lug=201,50 C. di Castello 1.440,0 gen=48,22 lug=201,50

6 Il fotovoltaico Tra le fonti rinnovabili il fotovoltaico è sicuramente una delle più interessanti. Tra le fonti rinnovabili il fotovoltaico è sicuramente una delle più interessanti. Perché? Perché? 1.Evita le emissioni di CO 2 2.Usa una tecnologia affidabile 3.Consente una riduzione dellimporto da pagare sulla bolletta elettrica per il proprietario dellimpianto.

7 Introduzione al fotovoltaico Sviluppata alla fine degli anni 50 nellambito dei programmi spaziali Sviluppata alla fine degli anni 50 nellambito dei programmi spaziali Oggi anche per applicazioni terrestri Oggi anche per applicazioni terrestri Alimentazioni di utenze isolate o impianti installati su edifici e collegati ad una rete elettrica preesistente Alimentazioni di utenze isolate o impianti installati su edifici e collegati ad una rete elettrica preesistente

8 Classificazione dei sistemi FV In base alla configurazione elettrica, abbiamo: Sistemi autonomi stand alone Sistemi autonomi stand alone Sistemi connessi alla rete elettrica grid connected : Sistemi connessi alla rete elettrica grid connected : –Centrali FV di potenza –Sistemi integrati negli edifici

9 Tipologie architettoniche degli impianti FV integrati Tetto piano Tetto piano Tetto inclinato Tetto inclinato Facciata Facciata

10 Installazione su tetto piano

11 Installazione su tetto inclinato: tegola fotovoltaica

12 Installazione integrata su facciata

13 Principio di funzionamento di un dispositivo FV Si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire lenergia delle radiazioni solari in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento, sfruttando leffetto fotoelettrico. Si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire lenergia delle radiazioni solari in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento, sfruttando leffetto fotoelettrico. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi è il silicio. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi è il silicio.

14 Il sistema fotovoltaico COMPONENTI: Il generatore fotovoltaico Il generatore fotovoltaico Il gruppo di conversione Il gruppo di conversione Sistema di accumulo dellenergia elettrica (solo per sistemi isolati ) Sistema di accumulo dellenergia elettrica (solo per sistemi isolati )

15 Un insieme di celle (36) costituiscono il modulo Il generatore FV

16 Più moduli collegati in serie formano un pannello

17 Un insieme di pannelli, collegati in serie costituisce una stringa Più stringhe collegate in parallelo, per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico

18 La cella fotovoltaica Componente elementare di un pannello FV Componente elementare di un pannello FV È una fetta rotonda o quadrata di materiale semiconduttore (Si) dalle dimensioni: È una fetta rotonda o quadrata di materiale semiconduttore (Si) dalle dimensioni: Spessore: 0,3 mm Spessore: 0,3 mm Superficie: 200 cmq Superficie: 200 cmq È in grado di produrre circa 1,5 Wp di potenza in condizioni standard (25°C, W radiazione =1000 W/mq) È in grado di produrre circa 1,5 Wp di potenza in condizioni standard (25°C, W radiazione =1000 W/mq)

19 Significato fisico della grandezza potenza di picco Lenergia elettrica prodotta è proporzionale alla radiazione solare incidente sul modulo, che varia nel corso della giornata, con le stagioni e al variare delle condizioni atmosferiche È un valore di riferimento, è quella che il sistema FV può erogare quando opera in condizioni standard È il parametro utilizzato nella progettazione

20 Rendimento di un modulo FV η=Pe/Pi Pe= potenza in corrente continua ai morsetti del modulo Pi= potenza incidente sulla cella Il rendimento dei moduli FV in commercio va dal 4 al 15%

21 Il gruppo di conversione - BOS:(balance of system) inverter :apparecchio elettronico che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata cavi - Quadro di campo FV:quadro elettrico dove si raccordano le singole potenze monofasi delle stringhe (6) - Quadro di parallelo: quadro di consegna dellenergia in parallelo alla rete

22 Il collegamento alla rete elettrica Scambio di energia bidirezionale tra sistema FV e rete Il conteggio dei flussi avviene mediante due contatori I kWh che limpianto immette in rete sono scalati dalla bolletta

23 Quanta elettricità produce? Lenergia elettrica prodotta da un sistema FV dipende da: Potenza di picco dellimpianto Potenza di picco dellimpianto Posizione geografica (insolazione kWh/m 2 anno) Posizione geografica (insolazione kWh/m 2 anno) Orientamento e inclinazione dei moduli Orientamento e inclinazione dei moduli Efficienza dei moduli Efficienza dei moduli Efficienza BOS Efficienza BOS

24 Principi di dimensionamento Dati di partenza: 1) percentuale del fabbisogno di e.e. coperta dallimpianto FV oppure 2) Budget Potenza installata: Kwp

25 Considerazioni di base Impianto elettrico trifase quindi la potenza va divisa per tre Per ogni fase cè un inverter quindi si hanno: 12,15:3 = 4 kW per inverter ma è preferibile diminuire tale potenza 2 inverter per fase quindi 6 inverter e quindi 6 stringhe

26 Quanta potenza eroga ogni stringa? (Wp potenza tot.):6(stringhe)=2.025 Wp Quanti moduli in serie per ogni stringa? Modulo FV commerciale: 75 Wp 2025(Wp):75(Wp potenza singolo modulo)=27 6 stringhe da 27 moduli: 162 moduli FV

27 Verifica della compatibilità dellinverter: Intervallo di tensione di ingresso dellinverter: V In condizioni standard ai capi di ogni stringa cè una tensione pari a: 27moduli per stringax17tensione di corto circuito singolo modulo=459 V Va bene!

28 Tipologia dinstallazione Sul tetto dellimmobile Tetto piano quindi i moduli sono montati su strutture di supporto ancorate tramite un sistema di zavorre che devono garantire il necessario momento stabilizzante contro la spinta del vento:

29 Calcoli Superficie singolo modulo:0,604 m^2 Sup. esposta al vento:0,60xsen30°=0,302 m^2 Spinta del vento sul modulo: 0,302 x120 kg/m^2=36,21 Kg Peso modulo +zavorra= 7,5 +52,5 =60 Kg 60>36,21 Una zavorra sulla mezzeria di ogni modulo

30 Riepilogo dati impianto Potenza totale 12,15 kWp Potenza totale 12,15 kWp 162 moduli FV : 162 moduli FV : potenza unitaria 75 Wp superficie unitaria:0,6 m^2 tensione corto circuito:17 V superficie totale campo:97,2 m^2 superficie totale campo:97,2 m^2 6 stringhe da 27 moduli ciascuna 6 stringhe da 27 moduli ciascuna

31 Quanta energia produce? 1.457,7 KWh/m2 anno (sup. orizzontale) Radiazione solare globale: 1.457,7 KWh/m2 anno (sup. orizzontale) Coefficiente correttivo orientazione: 1,11 Superficie campoFV: 97,2m^2 Radiazione solare sul campo FV: 1.457,7x1,11x97,2= KWh/ anno

32 Energia elettrica in cc: Efficienza moduli: 12,5% x0,125= KWh/ anno Energia elettrica in ca: Efficienza del BOS: 85% x0,85= kWh/anno

33 e.e. producibile: kWh/anno e.e.consumata: pales tra= kWh/anno Risparmio di energia: 21 %

34 Valutazioni economiche Costo dei moduli FV: euro Costo totale: euro Costo per installare 1 kWp:7.490 euro

35 Valutazioni economiche Costo totale: euro Costo energia elettrica:0.16 euro/kWh e.e. prodotta: kWh/anno x Risparmio annuo: x 0.16=2.670 euro Pay-back semplice: /2.670= 34 anni

36 Svantaggi Tecnologia che richiede tempi troppo lunghi di ammortamento e che pertanto presuppone oggi meccanismi di incentivazione Tecnologia che richiede tempi troppo lunghi di ammortamento e che pertanto presuppone oggi meccanismi di incentivazioneEsempio Con un finanziamento del 75% il Pay back scende a 8 anni e mezzo Il mercato mondiale ha dimostrato che è un fattore di scala Il mercato mondiale ha dimostrato che è un fattore di scala

37 Vantaggi ambientali Emissioni di CO 2 evitate in un anno: Emissioni di CO 2 evitate in un anno: 0,531x16.710=8.873 kg di CO 2 0,531x16.710=8.873 kg di CO 2 0,531:CO 2 evitata per kWh di energia risparmiato (kg/kWh) in trenta anni (tempo di vita dellimpianto): in trenta anni (tempo di vita dellimpianto): 8.873x30= kg di CO 2

38 Costi di investimento iniziale: elevati Costi di esercizio e manutenzione: molto limitati: Apparecchiature molto affidabili Costo del combustibile: 0 euro Conclusioni: Risparmio sulla bolletta per lutente Vantaggi per lambiente


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