Il fotovoltaico: tecnologie, sistemi e mercato Per.Ind. Maurizio Giardina 1

Argomenti Le Tecnologie delle celle fotovoltaiche il silicio cristallino il film sottile I sistemi fotovoltaici i sistemi isolati i sistemi connessi in rete Il mercato e gli incentivi 2 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Le Tecnologie delle celle fotovoltaiche 3 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

La tecnologia del silicio cristallino IL SILICIO CRISTALLINO Discreti valori dell’ efficienza (15 - 24 %) Tecnologia affidabile (vita >30 anni Costi elevati alto contenuto energetico processo di fabbricazione complesso Limitata disponibilità di feedstock necessità di una produzione specifica per il fotovoltaico 4 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

La tecnologia del silicio cristallino 5 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Dalla cella al silicio cristallino al modulo fotovoltaico Le celle fotovoltaiche forniscono valori di tensione e corrente insufficienti per alimentare gli apparecchi utilizzatori e sono estremamente fragili e prive di supporto meccanico; Esse vengono, quindi, assemblate in modo opportuno a costituire un’unica struttura robusta in grado di garantire molti anni di funzionamento anche in condizioni ambientali difficili. Tale struttura è il modulo fotovoltaico; 6 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si) vetro EVA celle Tedlar Il processo di assemblaggio delle celle in moduli consiste nelle preparazione di un “sandwich” composto da: Una lastra di vetro ad alta trasmittanza (90%); Un foglio sigillante in EVA (acetato viniletilenico); Le Celle fotovoltaiche già collegate elettricamente; Un altro foglio di EVA; Una protezione posteriore (generalmente Tedlar). Al sandwich, dopo averlo opportunamente trattato”, viene aggiunta una cornice metallica. 7 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si) Vetro EVA celle EVA Vetro/tedlar EVA VETRO TEMPERATO CELLA TEDLAR / VETRO SILICONE SIGILLANTE CORNICE IN ALLUMINIO SEZIONE DI UN MODULO 8 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Moduli fotovoltaici al silicio cristallino MODULO AL SILICIO MONOCRISTALLINO MODULO AL SILICIO POLICRISTALLINO 9 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

La tecnologia dei film sottili (a-Si, Cd-Te, CIS) Pro: Consumo di materiale limitato (spessore 0,001 mm) 0,02 g/W (c-Si: 4 g/W) Moduli leggeri e flessibili Fabbricazione del modulo con un unico processo basso costo di produzione Contro: bassa efficienza moduli (7 % a-Si, 11 % Cd-Te…) Degrado (a-Si) 10 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Moduli in film sottile (a-Si) Modulo su lamiera normale Modulo su lamiera coibentata Modulo su supporto flessibile 11 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Efficienza di celle 12 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

La produzione mondiale per tecnologie Il silicio cristallino domina la produzione attuale, ma il film sottile sta aumentando la sua quota di mercato. 13 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

I Sistemi fotovoltaici 14 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

I sistemi fotovoltaici Sistemi in grado di captare e trasformare l’energia solare in energia elettrica Caratteristiche generali: Uso di una fonte inesauribile; Completa modularità; Elevata affidabilità; Funzionamento automatico Si dividono in impianti: Collegati alla Rete; Isolati dalla Rete. 15 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Dalla cella al generatore fotovoltaico MODULO PANNELLO STRINGA Più moduli assemblati Insieme di pannelli collegati P in serie per ottenere la in una struttura comune tensione del generatore GENERATORE FOTOVOLTAICO Insieme di stringhe collegate in parallelo per ottenere la potenza voluta 16 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Schema sistema FV connesso in Rete Corrente continua Corrente alternata RETE GENERATORE FOTOVOLTAICO controllo isolamento INVERTER ponte DC/AC CONTATORI UTENZE 17 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

I sistemi isolati Sono utilizzati in mancanza della Rete elettrica, lì dove esistono siti di difficile accesso è richiesto un basso impatto ambientale è richiesta una: alta affidabilità semplicità di gestione dell’impianto trasportabilità riduzione consumi carburante 18 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Schema di un sistema FV isolato Corrente continua Corrente alternata GENERATOR GENERATORE CONVERTITORE INVERTER CARICO FOTOVOLTAICO DC/DC DC/AC GENERATORE BATTERIA AUSILIARIO 19 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

ALIMENTAZIONE SISTEMA DI TELECOMUNICAZIONI 20 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

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Impianto ad inseguimento. Serre (SA) 27 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Impianto da 600 kW – Manfredonia (FG) 28 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

E. piano moduli Ei,y / E.orizzontale Ei,o ENERGIA RACCOLTA DA UNA SUPERFICIE Esposizione moduli 1,2 30° 15° tilt=0° 1 45° 0,8 tilt=90° 70° tilt E. piano moduli Ei,y / E.orizzontale Ei,o 0,6 0,4 0,2 azimuth Sud -90 -45 45 90 Azimuth 29 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

ENERGIA PRODOTTA DALL’IMPIANTO Ep,y i,y * S *  pv * inv = E i * P nom (1 - L pv ) *  inv = E i,y * P nom * 0,75 Ei,y : radiazione solare annua incidente sui moduli (diretta + diffusa + riflessa) S : superficie del generatore FV pv : efficienza del generatore FV Pnom : potenza nominale generatore FV ( Pnon moduli) Lpv : perdite sul generatore FV (15%: temperatura, ottiche, mismatch, cavi, diodi) inv : efficienza dell’inverter (90%) 30 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

SISTEMI FOTOVOLTAICI AD INSEGUIMENTO Caratteristiche Tipologie Maggiore energia captata rispetto ai sistemi fissi; Costo di produzione del kWh potenzialmente inferiore; manutenzione più costosa; strutture di supporto più complesse; elevata accuratezza nell’inseguimento per i sistemi a concentrazione; maggiori superfici richieste. sistemi ad inseguimento ad un asse: asse orizzontale - Est-Ovest asse orizzontale – Nord-Sud asse inclinato – Nord-Sud sistemi ad inseguimento a due assi: senza concentrazione con concentrazione 31 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

SISTEMI FOTOVOLTAICI AD INSEGUIMENTO Inseguimento su asse orizzontale (N-S o E-W) Inseguimento su asse inclinato (N-S) Inseguimento su due assi 32 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

SISTEMA AD INSEGUIMENTO A DUE ASSI 33 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

CONFRONTO TRA I SISTEMI FISSI E AD INSEGUIMENTO (*) Tipologia Produzione attesa (kWh/kWp) Produzione rispetto impianto fisso Occupazione del terreno (ha/MW) Fisso ad esposizione ottimale 1360 100 % 2,2 Biassale 1870 137 % 4,5 Monoassiale orizzontale ( asse N-S) 1700 125 % 3 Monoassiale inclinato (asse N-S) 1820 134 % (*) simulazione svolta per una località del sud-Italia 34 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Il Mercato 35 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Il mercato 36 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Gli incentivi nazionali Conto capitale (passato) Finanzia una quota parte del costo dell’impianto es. 70% Conto energia (attuale) Remunera l’energia prodotta dall’impianto, che però viene pagato per intero dal richiedente 37 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Tariffe Incentivanti (€/kWh) (*) Il Conto Energia Tariffe Incentivanti (€/kWh) (*) Taglia impianto (kW) Non integrati Parzialmente integrati Integrati 1 < P ≤ 3 0,392 0,431 0,480 3 < P ≤ 20 0,372 0,412 0,451 P > 20 0,353 (*) per maggiori informazioni: www.gse.it 38 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Autoproduttori di energia elettrica L’autoproduttore, secondo il D.Lgs 79/16 marzo 1999 art. 2 comma 2, è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la utilizza in misura non inferiore al 70% annuo per uso proprio ovvero per uso delle società controllate, nonché per uso dei soci delle società cooperative di produzione e distribuzione dell’energia. In termini generali, per stabilire se al soggetto responsabile spetta per un certo anno la qualifica di autoproduttore si confronta l’energia prodotta dall’impianto con quella autoconsumata nello stesso periodo temporale. A titolo esemplificativo e nel caso più semplice in cui produzione e consumo avvengono nello stesso sito, l’energia autoconsumata è determinata come differenza tra l’energia prodotta e l’energia immessa in rete; il GSE verifica in tal caso che il rapporto tra l’energia autoconsumata e l’energia prodotta non sia inferiore a 0,7. Il titolo di autoproduttore non si applica a chi usufruisce del servizio di scambio sul posto. 39

Il risparmio energetico negli edifici Il settore residenziale assorbe un sesto del fabbisogno energetico nazionale. L’80% di tali consumi è riconducibile al riscaldamento domestico, mentre la restante quota è dovuta, nell’ordine, alla preparazione dell’acqua calda sanitaria, ai consumi degli elettrodomestici e all’illuminazione. Diminuire i consumi dei settori terziario e residenziale, oltre a contribuire al raggiungimento degli obiettivi nazionale di riduzione delle emissioni inquinanti, climalteranti, e di sicurezza dell’approvvigionamento energetico, comporta vantaggi per le famiglie in termini di diminuzione della bolletta energetica e di miglioramento del comfort abitativo. Gli interventi che hanno la possibilità di incidere in maniera sostanziale sulla diminuzione dei consumi del settore domestico misurati dagli indici di prestazione energetica sono quelli strutturali e di svariata natura, per esempio: isolamento di pareti esterne, coperture, solai, serramenti, cassonetti, superfici vetrate; sostituzione delle caldaie o della rete di distribuzione del calore con sistemi a più alta efficienza, montaggio di sistemi di regolazione della temperatura interna; installazione di sistemi solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria, etc.. Tutti questi interventi, potendo ridurre l’indice di prestazione energetica degli edifici, sono potenzialmente idonei a maturare i requisiti necessari per accedere al premio sulle tariffe incentivanti spettanti agli impianti fotovoltaici. In particolare, nell’attestato di certificazione (qualificazione) energetica dell’edificio o unità immobiliare, saranno indicati quali interventi sono raccomandati per conseguire una sensibile riduzione del fabbisogno energetico. la legge finanziaria 2007 (L. 296/2006) ha introdotto delle forme di agevolazione degli interventi di efficientamento del settore residenziale (peraltro cumulabili con le tariffe del conto energia) che li rendono ulteriormente convenienti. In particolare è prevista una detrazione fiscale del 55% delle spese sostenute per la riduzione delle dispersioni termiche degli edifici, l’installazione di pannelli solari per la produzione di acqua calda, l’installazione di caldaie a condensazione e gli interventi realizzati a ottenere un’alta efficienza energetica nei nuovi edifici. 40