Fonti energetiche rinnovabili Solare fotovoltaico

L’effetto fotovoltaico E' la tecnologia che converte direttamente l'irradiazione solare in energia elettrica. I pannelli sono composti da unità di base, le celle fotovoltaiche, che praticamente si comportano come delle minuscole batterie in seguito all’irraggiamento solare.

L’effetto fotovoltaico L’efficienza della cella La cella può utilizzare solo una parte dell’energia della radiazione solare incidente. L’energia sfruttabile dipende dalle caratteristiche del materiale di cui è costituita la cella: l’efficienza di conversione, intesa come percentuale di energia luminosa trasformata in energia elettrica disponibile per celle commerciali al silicio è in genere compresa tra il 12% e il 17%, mentre realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 24%. L’efficienza di conversione di una cella solare è limitata da numerosi fattori, alcuni dei quali di tipo fisico, cioè dovuti al fenomeno fotoelettrico e pertanto assolutamente inevitabili, mentre altri di tipo tecnologico, derivano dal particolare processo adottato per la fabbricazione del dispositivo fotovoltaico.

L’effetto fotovoltaico L’efficienza della cella

L’effetto fotovoltaico L’efficienza della cella La cella, elemento base di un pannello FV, è in genere, di forma quadrata, di superficie pari a 100 cm² (ma si può arrivare a 225), si comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di soleggiamento dell’Italia (1KW/m² e 25°C di T), una corrente di 3A, con una tensione di 0,5V, quindi una potenza di 1,5 watt di picco (Wp). Celle monocristalline (efficienza 14-17%) Celle poli(multi-)cristalline (efficienza 12-16%) Celle a film sottile (Silicio amorfo, CdTe, CIS – efficienza 6-8%)

Celle FV in materiali diversi dal Si Altri materiali utilizzati per la produzione di dispositivi fotovoltaici (che sfruttano quasi tutti la tecnologia del film sottile) sono: arseniuro di gallio e di alluminio, solfuro di cadmio, telloruro di cadmio, solfuro di rame e materiali plastici. Ma come si vede dalla slide che segue il mercato delle celle FV è dominato dal silicio.

Quote di mercato delle filiere tecnologiche Mercato attualmente dominato dalla tecnologia del silicio cristallino

Silicio cristallino: potenziali miglioramenti

Il sistema fotovoltaico Un sistema fotovoltaico è composto da: 1 o più stringhe di pannelli fotovoltaici; struttura di sostegno per installare i moduli sul terreno, su un edificio o qualsiasi struttura edilizia; inverter, che provvede alla conversione da CC a CA, qualora gli apparecchi utilizzatori dell'energia prodotta funzionino in CA. dispositivi di accumulo dell'energia (batterie), limitatamente al caso degli impianti cosiddetti stand alone, cioè non collegati alla rete elettrica ed in grado di funzionare in totale autonomia;  quadri elettrici, cavi di collegamento e locali tecnici per l’alloggiamento delle apparecchiature.

I punti di forza della tecnologia FV Non vi sono organi meccanici in movimento e questo riduce notevolmente le spese di manutenzione. Durata dell’impianto stimata in circa 30 anni. Bilancio energetico in attivo: l’energia prodotta da un pannello FV nel corso della sua vita è 15 volte maggiore dell’energia necessaria per produrre il pannello stesso. Inquinamento trascurabile in fase di produzione, nullo in fase di esercizio. Assenza di residui o scorie in fase di smaltimento. Il silicio, principale componente delle celle fotovoltaiche, è l'elemento più diffuso in natura dopo l'ossigeno. La costante evoluzione delle tecnologie di produzione delle celle FV ne assicura la crescita del rendimento energetico ed la riduzione del costo finale. I pannelli  FV sono dei sistemi modulari facilmente integrabili in strutture edilizie esistenti, con grande semplicità di installazione e di utilizzo.

Sistemi stand-alone e grid connected Una prima distinzione può essere fatta tra sistemi isolati (stand-alone) e sistemi collegati alla rete (grid connected): Nei sistemi isolati, in cui la sola energia è quella prodotta dal sistema FV, accanto al generatore, occorre prevedere un sistema di accumulo (in genere costituito da batterie simili a quelle utilizzate per le auto e dal relativo apparecchio di controllo e regolazione della carica) che è reso necessario dal fatto che il generatore FV può fornire energia solo nelle ore diurne, mentre spesso la richiesta maggiore si ha durante le ore serali (illuminazione o apparecchi radio-TV). E' opportuno prevedere quindi un dimensionamento del campo FV in grado di permettere, durante le ore di insolazione, sia l'alimentazione del carico, sia la ricarica delle batterie di accumulo. Nei sistemi collegati alla rete l'inverter è sempre presente mentre, al contrario degli impianti stand-alone, non è previsto il sistema di accumulo in quanto l'energia prodotta durante le ore di insolazione viene immessa nella rete; viceversa, nelle ore notturne il carico locale viene alimentato dalla rete. Un sistema di questo tipo è, sotto il punto di vista della continuità di servizio, più affidabile di un sistema isolato.

Schema elettrico di un impianto stand alone

Schema funzionale di un impianto stand alone

Tipologie di impianti stand alone Telecomunicazioni e Monitoraggio ambientale Pompaggio acqua Case isolate, rifugi montani, piccoli villaggi Refrigerazione di alimenti e medicinali Illuminazione e sicurezza stradale Fari e segnalazioni marittime e aeroportuali Nautica, caravanning e tempo libero

Esempi di impianti stand alone

Schema elettrico di un impianto grid connected

Schema funzionale di un impianto grid connected

Tipologie di impianti grid connected Centrali fotovoltaiche Alimentazione di utenze elettriche domestiche, industriali, di edifici pubblici etc.

Esempi di impianti grid connected

Impianto FV da 100,8 KWp

Distribuzione % regionale della Potenza al 2008 (fonte GSE)

Graduatoria della potenza cumulata installata per paese a fine 2008

Potenza installata cumulata nelle principali aree geografiche dal 1998 al 2008