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Agenzia per l’Energia e l’Ambiente
della Provincia di Perugia S.p.A.
Il solare fotovoltaico
Giovedi 22 gennaio ITC Fratelli Rosselli
Ing. Claudio Ginocchietti
Ing. Luisa Marani
• In seguito all’adesione dell’Italia al protocollo
di Kyoto, il nostro paese si è assunto l’onere di
diminuire le emissioni di CO2 entro il 2008 del
6,5% rispetto al 1990
La strada da percorrere:
• perseguire obiettivi di efficienza energetica
• Incrementare la produzione energetica ad
“emissione zero”
Le opportunità da sfruttare
• Cercare di sostituire quando possibile gli
idrocarburi fossili quali il petrolio ed il gas
naturale con energia solare.
• Sicuramente il nostro paese è dotato di un
altissimo potenziale solare.
Insolazione annua
Località
Insolazione
(KWh/m2 anno)
Milano
1.236
Roma
1.564
Trapani
1769
Insolazione nella provincia di
Perugia
Località
Insolazione
Insolazione
(KWh/m2anno) (KWh/m2/mese)
Perugia
1.455,9
C. del Lago
1.457,7
C. di
Castello
1.440,0
gen=49,08
lug=201,50
gen=50,81
lug=201,50
gen=48,22
lug=201,50
Il fotovoltaico
• Tra le fonti rinnovabili il fotovoltaico è
sicuramente una delle più interessanti.
Perché?
1. Evita le emissioni di CO2
2. Usa una tecnologia affidabile
3. Consente una riduzione dell’importo da
pagare sulla bolletta elettrica per il
proprietario dell’impianto.
Introduzione al fotovoltaico
• Sviluppata alla fine degli anni 50
nell’ambito dei programmi spaziali
• Oggi anche per applicazioni terrestri
• Alimentazioni di utenze isolate o impianti
installati su edifici e collegati ad una rete
elettrica preesistente
Classificazione dei sistemi FV
In base alla configurazione elettrica,
abbiamo:
• Sistemi autonomi “stand alone”
• Sistemi connessi alla rete elettrica “grid
connected” :
– Centrali FV di potenza
– Sistemi integrati negli edifici
Tipologie architettoniche degli
impianti FV integrati
• Tetto piano
• Tetto inclinato
• Facciata
Installazione su tetto piano
Installazione su tetto inclinato: tegola
fotovoltaica
Installazione
integrata su
facciata
Principio di funzionamento
di un dispositivo FV
• Si basa sulla capacità di alcuni materiali
•
semiconduttori, opportunamente trattati, di
convertire l’energia delle radiazioni solari in
energia elettrica in corrente continua senza
bisogno di parti meccaniche in movimento,
sfruttando l’effetto fotoelettrico.
Il materiale semiconduttore quasi
universalmente impiegato oggi è il silicio.
Il sistema fotovoltaico
COMPONENTI:
• Il generatore fotovoltaico
• Il gruppo di conversione
• Sistema di accumulo dell’energia elettrica
(solo per sistemi isolati )
Il generatore FV
Un insieme di celle (36)
costituiscono il
modulo
Più moduli collegati in serie
formano un pannello
Un insieme di pannelli, collegati in serie costituisce
una stringa
Più stringhe collegate in parallelo, per fornire la
potenza richiesta, costituiscono il generatore
fotovoltaico
La cella fotovoltaica
• Componente elementare di un pannello FV
• È una fetta rotonda o quadrata di materiale
semiconduttore (Si) dalle dimensioni:
Spessore: 0,3 mm
Superficie: 200 cmq
• È in grado di produrre circa 1,5 Wp di
potenza in condizioni standard (25°C,
Wradiazione=1000 W/mq)
Significato fisico della grandezza
“potenza di picco”
L’energia elettrica prodotta è proporzionale
alla radiazione solare incidente sul modulo,
che varia nel corso della giornata, con le
stagioni e al variare delle condizioni
atmosferiche
È un valore di riferimento, è quella che il
sistema FV può erogare quando opera in
condizioni standard
È il parametro utilizzato nella progettazione
Rendimento di un modulo FV
η=Pe/Pi
Pe= potenza in corrente continua ai
morsetti del modulo
Pi= potenza incidente sulla cella
Il rendimento dei moduli FV in commercio va
dal 4 al 15%
Il gruppo di conversione
- BOS:(balance of system)
 inverter:apparecchio elettronico che
trasforma la corrente continua prodotta dai
moduli in corrente alternata
 cavi
- Quadro di campo FV:quadro elettrico dove
si raccordano le singole potenze monofasi
delle stringhe (6)
- Quadro di parallelo: quadro di consegna
dell’energia in parallelo alla rete
Il collegamento alla rete elettrica
• Scambio di energia bidirezionale tra
sistema FV e rete
• Il conteggio dei flussi avviene mediante
due contatori
• I kWh che l’impianto immette in rete
sono scalati dalla bolletta
Quanta elettricità produce?
L’energia elettrica prodotta da un sistema FV
dipende da:
• Potenza di picco dell’impianto
• Posizione geografica (insolazione kWh/m2
anno)
• Orientamento e inclinazione dei moduli
• Efficienza dei moduli
• Efficienza BOS
Principi di dimensionamento
Dati di partenza:
1) percentuale del fabbisogno di e.e.
coperta dall’impianto FV
oppure
2) Budget
Potenza installata: 12.15 Kwp
Considerazioni di base
•Impianto elettrico trifase quindi la potenza va
divisa per tre
•Per ogni fase c’è un inverter quindi si hanno:
12,15:3 = 4 kW per inverter
ma è preferibile diminuire tale potenza
•2 inverter per fase quindi 6 inverter e quindi 6
stringhe
Quanta potenza eroga ogni stringa?
12.150(Wp potenza tot.):6(stringhe)=2.025 Wp
Quanti moduli in serie per ogni stringa?
Modulo FV commerciale: 75 Wp
2025(Wp):75(Wp potenza singolo modulo)=27
6 stringhe da 27 moduli: 162 moduli FV
Verifica della compatibilità
dell’inverter:
Intervallo di tensione di ingresso dell’inverter:
250-550 V
In condizioni standard ai capi di ogni stringa c’è una
tensione pari a:
27moduli per stringax17tensione di corto circuito
singolo modulo=459 V
Va bene!
Tipologia d’installazione
•Sul tetto dell’immobile
•Tetto piano quindi i moduli sono montati
su strutture di supporto ancorate tramite
un sistema di zavorre che devono garantire
il necessario momento stabilizzante contro
la spinta del vento:
Calcoli
Superficie singolo modulo:0,604 m^2
Sup. esposta al vento:0,60xsen30°=0,302 m^2
Spinta del vento sul modulo: 0,302 x120
kg/m^2=36,21 Kg
Peso modulo +zavorra= 7,5 +52,5 =60 Kg
60>36,21
Una zavorra sulla mezzeria di ogni modulo
Riepilogo dati impianto
• Potenza totale 12,15 kWp
• 162 moduli FV :
potenza unitaria 75 Wp
superficie unitaria:0,6 m^2
tensione corto circuito:17 V
• superficie totale campo:97,2 m^2
• 6 stringhe da 27 moduli ciascuna
Quanta energia produce?
Radiazione solare globale: 1.457,7 KWh/m2
anno (sup. orizzontale)
Coefficiente correttivo orientazione: 1,11
Superficie campoFV: 97,2m^2
Radiazione solare sul campo FV:
1.457,7x1,11x97,2=157.274 KWh/ anno
Energia elettrica in cc:
Efficienza moduli: 12,5%
157.274x0,125=19.659 KWh/ anno
Energia elettrica in ca:
Efficienza del BOS: 85%
19.659x0,85=16.710 kWh/anno
e.e. producibile: 16.710 kWh/anno
e.e.consumata:34.286+45.073pales
tra=79.359 kWh/anno
Risparmio di energia: 21 %
Valutazioni economiche
Costo dei moduli FV: 68.850 euro
Costo totale: 91.020 euro
Costo per installare 1 kWp:7.490 euro
Valutazioni economiche
Costo totale: 91.020 euro
Costo energia elettrica:0.16 euro/kWh
e.e. prodotta:16.690 kWh/anno
Risparmio annuo: 16.690 x 0.16=2.670 euro
Pay-back semplice: 91.020/2.670= 34 anni
Svantaggi
• Tecnologia che richiede tempi troppo
lunghi di ammortamento e che pertanto
presuppone oggi meccanismi di
incentivazione
Esempio
Con un finanziamento del 75% il Pay back
scende a 8 anni e mezzo
• Il mercato mondiale ha dimostrato che è
un fattore di scala
Vantaggi ambientali
• Emissioni di CO2 evitate in un anno:
0,531x16.710=8.873 kg di CO2
0,531:CO2 evitata per kWh di energia
risparmiato (kg/kWh)
• in trenta anni (tempo di vita dell’impianto):
8.873x30=266.190 kg di CO2
Conclusioni:
• Costi di investimento iniziale: elevati
• Costi di esercizio e manutenzione: molto
limitati:
Apparecchiature molto affidabili
Costo del combustibile: 0 euro
•Risparmio sulla bolletta per l’utente
• Vantaggi per l’ambiente