Impianti fotovoltaici Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Impianti fotovoltaici Autori: Kim Nagel Isa Zanetti Fonti: Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.13 Architettura e E solare – parte 2 fotovoltaico Gli impianti fotovoltaici – Domenico Chianese Testo SCAT 720.472 Progettazione di impianti solari fotovoltaici Scatizzi, Venturelli & Matera – Maggioli Editore (2008) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Indice SUPSI Impianti collegati alla rete o in isola Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Indice Impianti collegati alla rete o in isola Elementi di un’installazione collegata alla rete Struttura di fissaggio Impianto fotovoltaico Stringhe in serie o parallelo Indicazioni per allestire un progetto di massima SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Tipi di impianti PV SUPSI PV Impianti collegati alla rete Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Tipi di impianti PV PV user Rete elettrica Impianti collegati alla rete 90% degli impianti installati “grid-connected system” “On-Grid” dc/ac (inverter) PV user Accumulo (se necessario) Impianti autonomi 10% degli impianti installati “stand-alone system” “Off-Grid” regolatore Impianto PV collegato alla rete elettrica: (“Grid-connected”, “On-Grid”) immissione nella rete di tutta l’energia prodotta Impianti PV autonomi : (“Stand-alone”, “Off-grid”) immissione in accumulatori o in utilizzatori di una parte dell’energia prodotta SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianto collegato alla rete Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Impianto collegato alla rete Scambio di energia nelle 2 direzioni: Consumo locale dell’energia prodotta Immissione dell’eccedenza nella rete Acquisto dalla rete se l’energia prodotta è insufficiente SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Principio di raccordo alla rete Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Principio di raccordo alla rete Consumo d‘energia solare Lavatrice Caffé Cucina Cena Immissione nella rete Prelevamento dalla rete [kW] Nuvole SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ubicazione degli impianti Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Ubicazione degli impianti Su edifici esistenti o integrati in nuovi (1..100kWp): tetti e facciate di case, edifici pubblici, commerciali, amministrativi, fabbriche, ecc. Sul terreno (“open ground”) (100kW..1MW) Su superfici non sfruttabili altrimenti (50kW..100kW): tracciati autostradali, ferroviari, barriere foniche, ecc. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ubicazione degli impianti Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Ubicazione degli impianti Elementi di un’installazione collegata alla rete Struttura portante / fissaggio Moduli PV Cablaggio Ondulatore Contatore d‘energia Protezioni (parafulmini, sovratensioni, ecc.) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Struttura di fissaggio Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Struttura di fissaggio Se l’impianto collegato alla rete è concepito per produrre il massimo di energia, prestare attenzione ai seguenti punti: inclinazione e orientamento dei moduli ottimale. Tetti orientati a sud (± 30°) con un’inclinazione di 30° (10-60°). buona ventilazione (per moduli c-Si) evitare il più possibile le ombre parziali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Struttura di fissaggio: tetti piani e tetti a falda (applicato) Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Struttura di fissaggio: tetti piani e tetti a falda (applicato) Moduli FV Tetto a falda Strutture di supporto adatte a vari tipi di copertura e agganciabili direttamente alla struttura in legno sottostante La struttura di fissaggio di un tetto piano deve resistere fino a 130 km/h. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Struttura di fissaggio: tetti piani e tetti a falda (integrato) Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Struttura di fissaggio: tetti piani e tetti a falda (integrato) Building integrated Photovoltaics SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Abbinamento fisico / elettrico dei moduli PV Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Abbinamento fisico / elettrico dei moduli PV 1 serie di 6 moduli: Iserie = Imodulo; Userie = ΣUmodulo 3 serie di 6 moduli: Itot = ΣIserie; Utot = ΣUserie Geometria del cablaggio (serie e parallelo) In funzione delle ombre In funzione degli ondulatori disponibili (tensioni d’entrata ondulatore  temperatura) In funzione dello spazio (largh x lung) (superficie e dimensione moduli a disposizione) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Collegamento in serie o in parallelo Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Collegamento in serie o in parallelo Più celle identiche connesse in serie forniscono una differenza di potenziale (voltaggio) pari alla somma delle differenze di potenziale fornite dalle singole celle. I moduli vengono collegati elettricamente in serie, costituendo una stringa, al fine di ottenere una determinata tensione. Più celle identiche connesse in parallelo forniscono una corrente complessiva pari alla somma delle correnti prodotte dalla singole celle. Il collegamento in parallelo di più stringhe è finalizzato ad ottenere la corrente desiderata in uscita. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ondulatore (o inverter) Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Ondulatore (o inverter) ONDULATORE PER LA RETE (≠ ondulatore autonomo) Converte la corrente continua (CC) del modulo PV in corrente alternata (CA) compatibile con la rete elettrica. Rendimento DC/CA tipico 90% Immette in ogni istante tutta la potenza disponibile del campo PV (MPP) Si sincronizza con la rete Si disinserisce automaticamente in caso di mancanza di rete Per scegliere l’ondulatore devo conoscere: Tipologia d’impianto Ombre vicine Cablaggio Importante: affidabilità (garanzia: 1 - 3 anni; raro 5 anni) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti fotovoltaici Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Impianti fotovoltaici Le ombre sono da evitare assolutamente Possibile “limitare i danni” con: Protezione tramite diodi Cablaggio adeguato Piccola ombra = grande perdita SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Disposizione dei moduli Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Disposizione dei moduli “Errori” più frequenti: come evitarli Ombre parziali Ventilazione dei moduli c-Si insufficiente. Inclinazione e orientamento. Ondulatore sovradimensionato Cablaggio con moduli di tipo diverso Dimensionamento e posizione cavi. Utilizzatori inadatti /sovradimensionati / inutili. Inclinazione: 30 – 45° Orientamento: 0° SUD ± 30° Senza perdite notevoli Considerare anche: orizzonte ombre meteo particolare SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Criteri SUPSI Costo dell’energia [kWh/mq] Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Criteri Costo dell’energia [kWh/mq] Energia [kWh] op. copertura del fabbisogno (%) Spazio [mq] Finanze [CHF] Costruzione (inclinazione, orientamento, temperatura, architettura) Luogo (meteo, orizzonte, ombre parziali) Periodo d’utilizzo (Δt) Visibilità SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Spazio (valori tipici riferiti a 1 m2) Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Spazio (valori tipici riferiti a 1 m2) (*) Costo moduli: costo medio moduli acquistati LEEE; (**) Costo energia: su 25 anni, senza computo interessi SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Potenza (valori tipici riferiti a 1 W) Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 3 Potenza (valori tipici riferiti a 1 W) (*) Costo moduli: costo medio moduli acquistati LEEE; (**) Costo energia: su 25 anni, senza computo interessi SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA