APPUNTI IN MATERIA DI SOLARE FOTOVOLTAICO

APPUNTI IN MATERIA DI SOLARE FOTOVOLTAICO
Il fotovoltaico è una tecnologia che consente di trasformare direttamente la luce solare in
energia elettrica, sfruttando il così detto effetto fotovoltaico. Questo effetto si basa sulla
proprietà che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati di generare
direttamente energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare, senza l’uso
di alcun combustibile.
Il dispositivo più elementare capace di convertire la luce solare in energia elettrica è la
cella fotovoltaica. Gli elementi costituenti il modulo fotovoltaico sono le celle e il vetro. La
cella fotovoltaica è costituita da una sottile fetta (dello spessore di 4 micron detta wafer) e
di un materiale semiconduttore, molto spesso il silicio. Le celle fotovoltaiche hanno
solitamente una colorazione blu scuro, derivante dal rivestimento antiriflettente (ossido di
titanio), molto importante per ottimizzare la captazione dell’irraggiamento solare.
La misura delle celle può variare molto: le più comuni sono 10X10 cm, 12,5X12,5 cm,
15X15 cm, ma è possibile averle anche 5X15 cm e 10X15 cm; la loro forma è
prevalentemente quadrata.
Le celle sono tra di loro collegate elettricamente realizzando un MODULO
FOTOVOLTAICO; un modulo tipo ha una superficie di circa mezzo metro quadrato ed è
formato da 30-36 celle.
Un insieme di moduli, collegati elettricamente in serie in modo da fornire la tensione
richiesta, costituisce una STRINGA; più stringhe collegate generalmente in parallelo, per
fornire la potenza richiesta, costituiscono il GENERATORE FOTOVOLTAICO.
I moduli sono montati su una struttura meccanica capace di sostenerli ed orientata in
modo da massimizzare la captazione dell’irraggiamento solare.
La corrente elettrica generatasi all’interno del pannello è tanto maggiore quanto maggiore è
la quantità di luce incidente.
Le condizioni climatiche (nuvolosità, foschia, ecc) hanno ovviamente grande influenza sui
valori di insolazione, che, tuttavia, su base stagionale o annuale, sono fondamentalmente
influenzati dalla latitudine.
Fondamentalmente si possono distinguere due tipi di impianti fotovoltaici:
– impianti isolati (Stand-Alone): per gli impianti isolati la sola fonte di energia è quella
prodotta dal processo fotovoltaico; accanto al generatore, occorre quindi prevedere un
sistema di accumulo (batteria) per rendere disponibile l’energia nelle ore in cui manca
l’insolazione. Sugli impianti Stand-Alone si basa la elettrificazione di utenze isolate,
specialmente case sparse, oppure di servizi particolari quali: ripetitori radio, stazioni di
rilevamento atmosferico, servizi di segnalazione, apparecchi telefonici nel settore delle
comunicazioni, il pompaggio dell’acqua in agricoltura, e simili;
– impianti collegati (Grid-Connected): gli impianti collegati sono connessi con una rete
elettrica di distribuzione: l’energia viene convertita in corrente elettrica alternata e
immessa in rete per la quota eccedente oppure prelevata per la quota mancante;
quando l’energia prodotta è superiore a quella necessaria all’utenza, allora, si parla di
cessione delle “eccedenze” alla rete elettrica locale.
Gli interventi di integrazione architettonica si distinguono in due categorie fondamentali:
- SISTEMI RETROFIT quando vengono installati su edifici già esistenti;
- SISTEMI AD INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA, quando vengono già previsti in
fase di progettazione.
In entrambi i casi esistono attualmente due tecniche di assemblaggio per realizzare
elementi architettonici (quali ad esempio facciate continue oppure falde di tetto) integrati a
moduli fotovoltaici:
1. sistema di ancoraggio meccanico delle lastre;
2. assemblaggio ad “incollaggio siliconico”, cioè i bordi dei vetri vengono sigillati in opera
con il silicone.
Per approfondimenti sulla parte di descrizione generale delle prestazioni dei sistemi
fotovoltaico
si
possono
consultare
le
seguenti
fonti
bibliografiche:
http://WWW.leitner.dnet.it
http://WWW.hidealpoint.com
http://WWW.accomandita.com
INTEGRAZIONE DEI SISTEMI FOTOVOLTAICO IN ARCHITETTURA
Entrando più nello specifico dell’installazione dei sistemi fotovoltaici ai manufatti
architettonici è possibile individuare tre tipologie di applicazioni principali:
coperture (piana e ed inclinata). Consiste nel realizzare una parziale o totale
❁
copertura di un edificio con tetto così detto a terrazzo. E’ una soluzione
economicamente conveniente sia per la semplicità di realizzazione dell’impianto sia
per le buone capacità di captazione della radiazione solare. La realizzazione
dell’impianto è indipendente dalla struttura dell’edificio, su cui non è, quindi,
necessario intervenire, e non comporta problemi di impermeabilizzazione. E’ invece
necessario valutare la compatibilità dei sistemi di ancoraggio e resistenza al vento
con l’aumento del carico sulla copertura. A seconda delle potenzialità richieste per
l’impianto la copertura potrà essere parziale o totale (difficoltosa da realizzare su
edifici esistenti se si vogliono impiegare moduli “doppio vetro” semitrasparente). Altre
possibili soluzioni sono quelle così dette a risega e curva che vengono
prevalentemente adottate per edifici industriali o edifici commerciali destinati alla
grande distribuzione. [http://www.soltechitalia.com]
❁
facciate (continue verticali, continue inclinate, risega orizzontale). Dal punto di vista
tecnico ed economico la facciata fotovoltaica è la componente architettonica più
adatta ad ospitare moduli FV in maniera completamente integrata e con notevoli
valenze estetiche. Oltre a produrre energia elettrica, la facciata FV svolge anche una
funzione di rivestimento dell’edificio, garantendo protezione dagli agenti atmosferici e
provvedendo all’isolamento termico ed acustico dello stesso. Le facciate FV inclinate
presentano, rispetto a quelle verticali, una maggiore produttività energetica dovuta,
appunto, all’inclinazione dei moduli; tuttavia questa soluzione riduce molto il volume
interno degli edifici che per questo motivo sono per lo più a destinazione terziaria.
Infine, gli impianti a sviluppo parziale offrono notevoli benefici alle condizioni
ambientali interne, attraverso un’azione di ombreggiamento e rendendo possibile la
penetrazione della luce naturale. Le facciate a risega orizzontale posssono svolgere
anche funzione di frangisole. [http://WWW.greanpeace.it], [ENEA, “L’integrazione dei
❁
sistemi fotovoltaici nell’edilizia e nelle infrastrutture urbane”, Ed. ISES Italia, Roma,
1999], [http://www.soltechitalia.com]
elementi di rivestimento (verticale, inclinati). Il modulo fotovoltaico viene utilizzato
in sostituzione di lastre di rivestimento esterno. Tali impianti sono per lo più destinati
ad edifici del terziario. In particolare, inoltre, gli impianti a sviluppo parziale offrono
notevoli benefici alle condizioni ambientali interne attraverso un’azione di
ombreggiamento e rendendo possibile la penetrazione della luce naturale. In
particolare gli impianti a sviluppo completo, per lo più destinati ad edifici del terziario,
trovano scarsa applicazione, data l’esigua disponibilità di edifici con pareti prive di
aperture. Gli impianti a sviluppo parziale, invece, trovano maggiore applicazione, ciò
è dovuto alla larga disponibilità di edifici con pareti esterne munite di aperture. In
questo caso il progettista
avrà da un lato notevoli potenzialità espressive
relativamente alla disposizione dei moduli, dall’altro i vincoli dell’impiantistica e del
frazionamento dell’impianto. . [http://WWW.greanpeace.it], [ENEA, “L’integrazione dei
sistemi fotovoltaici nell’edilizia e nelle infrastrutture urbane”, Ed. ISES Italia, Roma,
1999], [http://www.soltechitalia.com]
La casistica dell’integrazione di elementi fotovoltaici è legata in maniera molto consistente,
oltre che all’edilizia, anche all’ambiente urbano; in particolare sono da menzionare le
pensiline, gli impianti per l’illuminazione esterna e le barriere antirumore.
I sistemi fotovoltaici presentano oggi enormi potenzialità estetiche e tecnologiche, inoltre
fra i numerosi aspetti derivanti dall’impiego di sistemi fotovoltaico si possono riassumere i
seguenti:
❁ riduzione dell’inquinamento atmosferico: ogni kW di fotovoltaico installato fa
risparmiare, nell’arco della sua vita, pari a circa 25 anni, quasi 10 tonnellate di
combustibili fossili (0.75 kg circa di CO2 per ogni kWh prodotto da fonte
fotovoltaica);
❁ il modulo fotovoltaico può diventare un elemento costruttivi vero e proprio; difatti gli
elementi fotovoltaici possono essere combinati con i tradizionali materiali da
costruzione ma possono anche sostituirli; essi soddisfano i requisiti di un buon
materiale di rivestimento offrendo resistenza, impermeabilità, controllo dei livelli
acustici, l’isolamento termico e la schermatura e protezione al fuoco;
❁ possibile utilizzazione multifunzionale dei pannelli (sistemi fotovoltaici frangisole);
❁ possibilità di recupero dell’energia termica prodotta dai pannelli;
❁ elevata durata di vita in quanto le prestazioni degradano di poco o niente dopo 20
anni di attività;
❁ ridotte esigenze di manutenzione (pulizia → accessibilità esterna ai moduli);
❁ prevedibile sviluppo tecnologico e produttivo (aumento del rendimento di
conversione e riduzione dei costi);
❁ i sistemi fotovoltaici richiedono elevati capitali di investimento iniziali: per i Paesi in
via di sviluppo questo fatto può rappresentare un ostacolo insormontabile;
❁ necessitano (per le applicazioni isolate) di batterie specifiche non facilmente
disponibili
❁ l’impatto dei fulmini sul sistema FV integrato agli edifici, è un problema rilevante di
cui tenere conto (messa a terra)
❁ implicano una nuova tecnologia
❁ presentano attualmente limiti nelle prestazioni.
Per quanto attiene i principali riferimenti normativi si sottolinea la necessità del solare
fotovoltaico di specifici incentivi economici e di chiari programmi governativi, essendo una
tecnologia ancora lontana dalla competitività, ma con un ruolo fondamentale per fornire sul
lungo periodo una risposta strategica alla riduzione delle emissioni di gas serra. Per
questo motivo in Italia, seppur in ritardo rispetto ad altri paesi, sono state emanate
importanti normative che prevedono programmi di incentivazione dei sistemi fotovoltaico
fra cui si ricordano la Legge 10 del 1991: promuove lo sviluppo delle fonti energetiche
rinnovabili e il Decreto n.99 del 22 Dicembre 2000: ha formalmente avviato il programma
di finanziamento agli impianti solari denominato “10.000 Tetti fotovoltaici”. Il programma
prevede la realizzazione di impianti per la produzione di energia elettrica, con potenza
compresa fra 1 e 50 kW. Lo stanziamento previsto per il biennio 2001-2002 era di 30
milioni di euro così ripartiti. E’ inoltre prevista l’IVA al 10% e, in attuazione della legge
449/97 (prorogata fino al 31.12.2002) la possibilità di detrarre dall’IRPEF il 36% del costo
totale dell’impianto (materiale e installazione).