RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Marco Fiala Dip. Ingegneria Agraria - Università Milano prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano

DI CHE COSA CI OCCUPEREMO 27/03/2017 DI CHE COSA CI OCCUPEREMO PROGRAMMA ARGOMENTO Schema di fotocella Definizione di kWpicco Tipologie di celle fotovoltaiche. I componenti dell’impianto fotovoltaico Sistema fotovoltaico autonomo. Applicazioni Sistemi connessi alla rete. Applicazioni Incentivi Analisi tecnico-economica

IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO STRATO N DROGATO CON Arsenico WAFER NP SALDATO STRATO P DROGATO CON Boro

IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 27/03/2017 DISPOSITIVO DI COMMUTAZIONE ENERGETICA, CHE TRASFORMA DIRETTAMENTE L'ENERGIA ELETTROMAGNETICA RAGGIANTE IN ENERGIA ELETTRICA Diodo a wafer con due superifici di semiconduttori drogati di tipo N e P. In prossimità della di giunzione si ha una barriera di potenziale. La radiazione incidente spezza un legame elettronico e genera una coppia elettrone (-) ione positivo (+). Le cariche (-) e (+), separate dal campo elettrico di giunzione, provoca uno squilibrio e un accumulo di cariche, che come in una comune pila, può far circolare corrente in un circuito esterno. LUCE (FOTONI) - V, I, R - - + + - + + - +

IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Wpicco * h/anno = Wh/anno LA POTENZA DI PICCO LA MISURA DELLE PRESTAZIONI La potenza di picco a seconda della latitudine, della inclinazione sulla verticale e dell’angolo di esposizione viene sfruttata ogni anno solo per un limitato numero di ore complessive di funzionamento. Moltiplicando la potenza di picco per le ore di funzionamento complessive annue alla massima potenza si ottiene il valore dell’energia elettrica prodotta dalle celle. Wpicco * h/anno = Wh/anno

PVGIS - Applicativo estimazione fotovoltaica kWh/kWp PVGIS - Applicativo estimazione fotovoltaica http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/pvest.php?lang=it&map=europe&app=gridconnected

CELLE A SILICIO MONOCRISTALLINO Il silicio a cristallo singolo, o monocristallino, è ottenuto per fusione a partire da cristalli di silicio di elevata purezza che vengono fatti solidificare a contatto con un seme di cristallo. Il raffreddamento porta alla formazione di un lingotto cilindrico formato da un solo cristallo del diametro di 13-20 cm e con una lunghezza che può raggiungere i 200 cm. Il lingotto viene poi tagliato in lame sottili utilizzando seghe a filo ad alta precisione. Lo spessore dei wafers che si ottengono è di 250-300 μm. Hanno i migliori rendimenti di captazione

CELLE A SILICIO POLICRISTALLINO Il wafer si ottiene dalla fusione e successiva ricristallizzazione del silicio di scarto dell’industria elettronica (“scraps” del silicio). La ricristallizzazione non avviene in maniera ordinata come accade per il silicio monocristallino, poiché dal bagno fuso si originano più cristalli che crescono contemporaneamente, fino a formare un “pane” che verrà poi tagliato in forma di parallelepipedo. L’accrescimento è più veloce di quello del silicio monocristallino e richiede anche meno energia. Per tale ragione il costo dei pannelli realizzati in silicio policristallino è inferiore a quello dei pannelli in monocristallo, al prezzo però di un minor rendimento a parità di superficie

CELLE A SILICIO AMORFO A FILM SOTTILE Il materiale attivo in forma di gas è depositato su diversi tipi di superfici di sostegno. La pellicola che si deposita raggiunge uno spessore di pochi micron, a differenza dei 250-350 μm delle celle in cristallo. Non offre le stesse garanzie di stabilità nel tempo del rendimento delle celle. I rendimenti specifici delle celle mostrano una crescita significativa negli ultimi anni; i costi per kWp risultano piuttosto alti se paragonati a quelli dei moduli in silicio cristallino, ma occorre considerare che i moduli in silicio amorfo presentano spesso caratteristiche che ne consentono usi specifici quali l’installazione su strutture flessibili, la composizione in strutture di forma particolare o la costruzione di pannelli srotolabili.

ALTRE CELLE A FILM SOTTILE Oltre alla tecnologia di produzione delle cella tradizionali in silicio amorfo a film sottile, si hanno quelle per la produzione di celle a film sottile in CDTE (telloruro di cadmio), di celle in GaAs (arseniuro di gallio-rendimento di laboratorio 35%) e di celle in CIS (diseliniuro doppio di rame ed iridio). Queste tecnologie consentono il deposito del materiale attivo in strati molto sottili (5-10 μm) e presentano alcune peculiarità, tra cui la possibilità ad esempio di realizzare celle in CIS con deposito su vetri (vedi sopra) e superfici flessibili.

RICERCA SULLE CELLE MIRATA A: abbassare il costo delle celle a film sottili prodotte con MATERIALI INNOVATIVI, attraverso la produzione di supporti-pellicola meno costosi, lo sviluppo di sistemi per il RECUPERO DEI SEMICONDUTTORI a fine vita delle celle, la realizzazione di FILM DI SEMICONDUTTORI PIÙ SOTTILI. la realizzazione SISTEMI A CONCENTRAZIONE la realizzazione SISTEMI “DYE-SENSITIZED”

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COMPARAZIONE CELLE CONFRONTO TECNICO ECONOMICO TRA CELLE DI DIVERSA TECNOLOGIA

I MODULI (STRINGHE di CELLE) al SILICIO COMPONENTI IMPIANTO I MODULI (STRINGHE di CELLE) al SILICIO Rivestimento antiriflettente (ossido di titanio) conferisce colorazione blu scuro-violetto; importante per ottimizzare la captazione. Colori differenti = perdite di efficienza (es. celle grigie –30% rendimento) Misura delle celle: 10x10 cm, 12,5x12,5 cm, 15 x 15 cm (forma, quindi, quadrata) Con silicio monocristallino è spesso presente una smussatura agli spigoli, in quanto tali celle si originano da un lingotto di forma circolare, dal quale si scartano le parti più esterne (impurità e per meglio sfruttare lo spazio disponibile per il collegamento delle diverse celle nel modulo) Importante è la tecnica di collegamento elettrico tra singole tecniche che permette di aumentare i rendimenti del sistema

IMPIANTO CONNESSO ALLA RETE TIPOLOGIE IMPIANTO IMPIANTO CONNESSO ALLA RETE

IMPIANTO CONNESSO ALLA RETE CON CONTO ENERGIA TIPOLOGIE IMPIANTO IMPIANTO CONNESSO ALLA RETE CON CONTO ENERGIA

IMPIANTO AUTONOMO DALLA RETE TIPOLOGIE IMPIANTO 27/03/2017 IMPIANTO AUTONOMO DALLA RETE MODULI FOTOVOLTAICI (CELLE) BATTERIE DI ACCUMULO CENTRALINA SOLARE (gestisce l’alimentazione dai moduli staccando sia il collegamento una volta raggiunto il limite superiore di tensione della batteria, sia le utenze qualora la tensione delle batterie scenda sotto il livello minimo di accumulo) INVERTER (dispositivo elettronico che trasforma la tensione e la corrente da continua ad alternata) - + N P

FONDAMENTALI I SUPPORTI ORIENTAMENTO 27/03/2017 MASSIMO IRRAGGIAMENTO SOLARE IMPIANTO FOTOVOLTAICO ORIENTATO VERSO SUD, con INCLINAZIONE DI CIRCA 30° SULL’ORIZZONTALE ORIENTAMENTO VERSO EST O OVEST: -10% INCLINAZIONE VERTICALE (facciate fotovoltaiche) ORIENTAMENTO A SUD: –30% ORIENTAMENTO A EST O OVEST: -45% FONDAMENTALI I SUPPORTI

TIPO DI POSA COMPONENTI DELL’IMPIANTO

INVERTER Il generatore fotovoltaico produce in corrente continua e quindi in genere si adotta un inverter

DOVE SI USA 27/03/2017 I MODULI SOLARI FOTOVOLTAICI GENERANO ENERGIA ELETTRICA SOTTO FORMA DI CORRENTE E TENSIONE CONTINUA VANTAGGI totale assenza di parti meccaniche in movimento (ridotta manutenzione, vita utile prolungata) alimentazione gratuita, inesauribile e disponibile quasi ovunque estrema semplicità costruttiva (facilità di installazione e di impiego) assenza di qualsiasi forma di inquinamento (chimico, termico, acustico, radioattivo) bilancio energetico terrestre inalterato L’IMPIEGO È CORRELATO A INSTALLAZIONI CON COSTI DI INVESTIMENTO ED ESERCIZIO COMPARABILI CON QUELLE DELLE FONTI ELETTRICHE TRADIZIONALI Fino a pochi anni fa sistemi autonomi solo per apparecchiature con modesti consumi e poste in località in cui l'approvvigionamento energetico convenzionale risultava difficile e costoso. Oggi anche in rete con il conto energia

SISTEMI CONNESSI alla RETE DOVE SI USA: IN CASA! 27/03/2017 SISTEMI CONNESSI alla RETE VANTAGGI ELIMINAZIONE DELLE PERDITE DI TRASPORTO RIDUZIONE DELLA DOMANDA COMPLESSIVA ALLA RETE DURANTE IL GIORNO (livellamento dei picchi) COSTO DI INSTALLAZIONE DEL FOTOVOLTAICO = COSTO EVITATO (elementi costruttivi) FONTE INTEGRATIVA COMPONENTI MODULI FOTOVOLTAICI (CELLE) INVERTER di CONNESSIONE Installazione di un contatore Scomputo dell’energia riversata

DOVE SI USA: IN CASCINA! AZIENDA AGRICOLA MENOZZI DI LANDRIANO - UNIMI 20 kWp monocristallino Quadro elettrico collegamento alla rete

INVESTIMENTO NECESSARIO ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA INVESTIMENTO NECESSARIO

ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA

ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA 2013 Potenza impianto (kWp installati)   INTEGRATO incentivo consumo in loco 1 ≤ P ≤ 3 0,182 0,100 3 < P ≤ 20 0,171 0,089 P > 20 ("officina elettrica") 0,157 0,075

ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA 27/03/2017 CONTO ENERGIA CONTATORE APPOSITO Installazione: 77-105 € Noleggio: 31 €/anno Vu = 20 anni 0,20-0,25 €/kWh + 0,15-0,20€/kWh PRODUZIONE 1000-1300 kWh/anno monocristallino 6,5 m2 = 1 kWpicco VALORE SCOMPUTATO DALLA BOLLETTA ENEL 300-400 €/kWp (<20 kW con scambio sul posto in genere utenze domestiche) 250-300 €/kWp (> 20 kW con vendita in genere per utenze commercIali o industriali) 250-500 €/ m2 (COMPRESO materiali e installazione) IVA 10% esclusa

ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA TEMPO RITORNO INV <10 ANNI 3 kWpicco INVESTIMENTO: 10.500 EURO

trasduzione dell’energia Fase oscura o di fissazione del carbonio ANALOGIE CON LA FOTOSINTESI Fase luminosa o di trasduzione dell’energia Fase oscura o di fissazione del carbonio CO2 Zuccheri ATP ADP + Pi NADPH NADP + H+ 2e- H2O 2H+ + 1/2O2