Il solare fotovoltaico Agenzia per l’Energia e l’Ambiente della Provincia di Perugia S.p.A. Il solare fotovoltaico Giovedi 22 gennaio ITC Fratelli Rosselli Ing. Claudio Ginocchietti Ing. Luisa Marani

In seguito all’adesione dell’Italia al protocollo di Kyoto, il nostro paese si è assunto l’onere di diminuire le emissioni di CO2 entro il 2008 del 6,5% rispetto al 1990 La strada da percorrere: perseguire obiettivi di efficienza energetica Incrementare la produzione energetica ad “emissione zero”

Le opportunità da sfruttare 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.

Insolazione annua Località Insolazione (KWh/m2 anno) Milano Roma 1.236 Roma 1.564 Trapani 1769

Insolazione nella provincia di Perugia Località Insolazione (KWh/m2anno) (KWh/m2/mese) Perugia 1.455,9 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

Il fotovoltaico Tra le fonti rinnovabili il fotovoltaico è sicuramente una delle più interessanti. Perché? Evita le emissioni di CO2 Usa una tecnologia affidabile Consente una riduzione dell’importo da pagare sulla bolletta elettrica per il proprietario dell’impianto.

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

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

Tipologie architettoniche degli impianti FV integrati Tetto piano Tetto inclinato Facciata

Installazione su tetto piano

Installazione su tetto inclinato: tegola fotovoltaica

Installazione integrata su facciata

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

Il sistema fotovoltaico COMPONENTI: Il generatore fotovoltaico Il gruppo di conversione Sistema di accumulo dell’energia elettrica (solo per sistemi isolati )

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

Più moduli collegati in serie formano un pannello

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

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

Significato fisico della grandezza “potenza di picco” L’energia 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

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%

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 dell’energia in parallelo alla rete

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 l’impianto immette in rete sono scalati dalla bolletta

Quanta elettricità produce? L’energia elettrica prodotta da un sistema FV dipende da: Potenza di picco dell’impianto Posizione geografica (insolazione kWh/m2 anno) Orientamento e inclinazione dei moduli Efficienza dei moduli Efficienza BOS

Potenza installata: 12.15 Kwp Principi di dimensionamento Dati di partenza: 1) percentuale del fabbisogno di e.e. coperta dall’impianto FV oppure 2) Budget Potenza installata: 12.15 Kwp

Considerazioni di base Impianto elettrico trifase quindi la potenza va divisa per tre Per ogni fase c’è 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

Quanta potenza eroga ogni stringa? 12.150(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

Verifica della compatibilità dell’inverter: Intervallo di tensione di ingresso dell’inverter: 250-550 V In condizioni standard ai capi di ogni stringa c’è una tensione pari a: 27moduli per stringax17tensione di corto circuito singolo modulo=459 V Va bene!

Tipologia d’installazione Sul tetto dell’immobile 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:

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

Riepilogo dati impianto Potenza totale 12,15 kWp 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 6 stringhe da 27 moduli ciascuna

Quanta energia produce? 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=157.274 KWh/ anno

Energia elettrica in cc: Efficienza moduli: 12,5% 157.274x0,125=19.659 KWh/ anno Energia elettrica in ca: Efficienza del BOS: 85% 19.659x0,85=16.710 kWh/anno

e.e. producibile: 16.710 kWh/anno e.e.consumata:34.286+45.073palestra=79.359 kWh/anno Risparmio di energia: 21 %

Valutazioni economiche Costo dei moduli FV: 68.850 euro Costo totale: 91.020 euro Costo per installare 1 kWp:7.490 euro

Valutazioni economiche Costo totale: 91.020 euro Costo energia elettrica:0.16 euro/kWh e.e. prodotta:16.690 kWh/anno Risparmio annuo: 16.690 x 0.16=2.670 euro Pay-back semplice: 91.020/2.670= 34 anni

Svantaggi Tecnologia che richiede tempi troppo lunghi di ammortamento e che pertanto presuppone oggi meccanismi di incentivazione Esempio 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

Vantaggi ambientali Emissioni di CO2 evitate in un anno: 0,531x16.710=8.873 kg di CO2 0,531:CO2 evitata per kWh di energia risparmiato (kg/kWh) in trenta anni (tempo di vita dell’impianto): 8.873x30=266.190 kg di CO2

Conclusioni: Costi di investimento iniziale: elevati Costi di esercizio e manutenzione: molto limitati: Apparecchiature molto affidabili Costo del combustibile: 0 euro Risparmio sulla bolletta per l’utente Vantaggi per l’ambiente