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 (standalone) e sistemi collegati alla rete (grid connected):
1. 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.
2. 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
