Tesina Luigi Russo 05_09-1

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA
MASTER IN ARQUITECTURA ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE
ANNO 2010/2011
BILANCIO ENERGETICO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO CONNESSO
ALLA RETE IN REGIME DI SCAMBIO SUL POSTO
Tutor: Anna Pages
Autore: Luigi Russo
Barcelona,
Settembre 2011
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
INDICE
1. Introduzione ………………………………………………………………………..………………….4
1.1. Quadro d’insieme ………………………………………………………………..……………….4
1.2. Obiettivi .………………………………………………………………………..…………………5
1.3. Metodologia …………………………………………………………………….…………………6
2. La tecnologia fotovoltaica …………………………………………………………………….............7
2.1. L’energia solare e le celle fotovoltaiche ……………………………………………………..……7
2.2. Le componenti dell’impianto …………………………………………………………………..…9
2.3. Le tipologie d’impianto …………………………………………………………………….……14
2.3.1. Gli impianti connessi alla rete ……………………………………………………….……15
2.3.2. Gli impianti isolati…………………………………………………………………………17
3. La diffusione del fotovoltaico in Europa ………………………………………………………...…19
3.1. Il caso dell’Italia …………………………………………………………………………………20
4. L’incentivazione dell’energia fotovoltaica in Italia …………………………………………..……23
4.1. L’incentivo in Conto Energia ……………………………………………………………………24
4.2. Lo Scambio sul Posto e il Contributo in Conto Scambio ………………………………………..32
4.2.1. Esempi …………………………………………………………………………………….35
5. Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico …………………………………………………...38
5.1. Descrizione del caso di studio …………………………………………………………………...39
5.1.1. Localizzazione geografica ………………………………………………………………...39
5.1.2. Analisi dell’edificio ……………………………………………………………….………40
5.1.3. Descrizione dell’impianto ……………………………………………………...…………41
5.2. Analisi della produzione annuale ……………………………………………………..…………43
5.2.1. Valutazione della radiazione solare ………………………………………………………43
5.2.2. Calcolo del rendimento di produzione ……………………………………………………46
5.3. Bilancio dell’energia elettrica scambiata …………………………………………..……………48
5.4. Conclusioni ……………………………………...………………………………………………50
6. Valorizzazione dell’energia fotovoltaica in regime di Scambio sul Posto …………..……………52
6.1. Analisi giornaliera ………………………………………………………………….……………53
6.1.1. Livelli di consumo ……………………………………………………………………...…53
6.1.2. Grafici Produzione – Consumo ……………………………………………………...……57
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.2. Ipotesi di Ottimizzazione ………………………………………………………………..………59
6.2.1. Strategia d’intervento ………………………………………………………………..……60
6.2.2. Stima della radiazione secondo l’orientamento ………………………………..…………61
6.2.3. Incrementi di energia auto consumata ……………………………………………….……62
6.3. Risultati ………………………………………………………………………………….………67
7. Conclusioni ……………………………………………………………………………………..……70
8. Bibliografia ……………………………………………………………………………………..……72
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
1. Introduzione
1.1. Quadro d’insieme
Il Protocollo di Kyoto rappresenta il primo strumento di attuazione della Convenzione Quadro sui
Cambiamenti climatici firmata nel Summit della Terra a Rio de Janeiro nel 1992 e prevede, in
particolare per i Paesi dell’Unione Europea, il vincolo di ridurre le emissioni dei gas serra del 5,2%
nel periodo 2008 - 2012 rispetto ai livelli calcolati per il 1990.
L’Italia ha ratificato il Protocollo con la legge n. 120 del 1 Giugno 2002 impegnandosi a ridurre entro
il 2012 le emissioni di gas ad effetto serra del 6,5% attraverso la redazione del Piano di Azione
Nazionale (PAN)
approvato con delibera n. 123 del CIPE (Comitato Interministeriale per la
Programmazione Economica) del 2002 e poi rivisto nel 2007.
In questi ultimi mesi, in seguito all’emanazione della Direttiva Europea 2009/28/CE, sulla
promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifiche alla precedente delibera
2011/77/CE, è stato approvato dal governo italiano il relativo Decreto Legislativo di attuazione, il
cosiddetto “Decreto Rinnovabili”.
Tale Decreto definisce gli strumenti, i meccanismi, gli incentivi e il quadro istituzionale finanziario e
giuridico necessari per il raggiungimento degli obiettivi in maniera di quote complessiva di energia da
fonti rinnovabili previsti per il 2020.
Le misure principali riguardano industria, trasporti, settore civile, crescita fonti rinnovabili e
dovrebbero riuscire a consentire una riduzione delle emissioni nel 2020, del 20% in meno del livello
registrato nel 1990.
Il sistema degli incentivi a sostegno della tecnologia fotovoltaica, lanciati in Italia a partire dal 2000,
ha subito negli ultimi anni
una sostanziale modifica. Si è passati infatti da un sistema basato
principalmente su contributi a fondo perduto a parziale copertura del costo d’acquisto dell’impianto,
ad un sistema volto invece a valorizzare l’energia prodotta da quest’ultimo riconoscendo ad essa un
sovrapprezzo, rispetto all’energia prelevata dalla rete. Il nuovo sistema del “conto energia” si pone
l’obiettivo infatti di valorizzare le prestazioni dei sistemi fotovoltaici riconoscendo una tariffa
incentivante per unità energetica prodotta. Gli introiti derivanti dalla cessione dell’energia al gestore
della rete, sommati al risparmio conseguito sulla bolletta in proporzione all’energia autoprodotta,
consentono di ripagare l’investimento iniziale già dopo alcuni anni.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
1.2. Obiettivi
Secondo quanto previsto dal sistema incentivante introdotto in Italia con l’avvento del Conto
Energia, l’energia prodotta da un impianto fotovoltaico può essere immessa direttamente nella
rete e quindi venduta al Gestore oppure scambiata con l’utente.
Se nel primo caso la priorità è quella di ottimizzare la producibilità dell’impianto al fine di
ottenere il massimo profitto economico, nel secondo caso, invece, è importante ottimizzare lo
scambio tra le quantità di energia immessa e prelevata.
Attraverso l’analisi condotta su un edificio dotato di impianto si tenta di scoprire come si può
ottenere il massimo vantaggio dall’incentivo in Conto Scambio dovuto appunto dallo scambio di
energia con la rete.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
1.3. Metodologia
Al fine di investigare sulle modalità di ottimizzazione dello scambio di energia con la rete in un
edificio dotato di un impianto fotovoltaico sono state condotte delle valutazione su un caso reale.
Come caso di studio è stato scelto un edificio commerciale, di cui si dispone dei dati annuali di
energia prodotta, consumata, e quindi, per differenza autoconsumata o immessa in rete.
Con i dati mensili disponibili per il 2010 è stato effettuato un bilancio annuale, tra le quantità di
energia elettrica scambiata necessario a capire quanta parte dell’energia prodotta viene
consumata e quanta invece viene immessa in rete e, parallelamente, conoscere come vengono
soddisfatti i consumi, se attraverso la produzione istantanea di energia fotovoltaica oppure
mediante il prelievo dalla rete.
Sulla base delle regole previste dal regime di Scambio sul Posto è stato eseguito il bilancio
economico relativo alle quantità precedentemente calcolate, necessario a valutare la congruenza
nel rapporto tra le parti.
In fine, in base alla distribuzione oraria dei valori di consumo e di produzione giornalieri, è stata
scelta la strategia più idonea a ottimizzare l’energia prodotta dall’impianto al fine di ridurre per
quanto possibile il volume di energia prelevato dalla rete.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
2. La tecnologia fotovoltaica
2.1. L’energia solare e le celle fotovoltaiche
La conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni avviene nella cella fotovoltaica.
Il dispositivo è costituito da una sottile lama di materiale semiconduttore (quasi sempre si utilizza il
silicio) opportunamente trattata. Il trattamento al quale viene sottoposto il semiconduttore consiste in
una serie di processi chimici che nel complesso assumono il nome di “drogaggio”.
Inserendo nella struttura cristallina del silicio alcune impurità costituite da atomi di boro e di fosforo
si permette il movimento degli elettroni e quindi la formazione di una differenza di potenziale tra le
due facce della cella esposta alla radiazione luminosa. Se poi le due facce vengono collegate ai due
morsetti di un utilizzatore si ha il passaggio di corrente elettrica.
Figura 1, L’effetto fotovoltaico
I diversi tipi di celle fotovoltaiche differiscono per i processi di produzione. In generale la tipica cella
fotovoltaica è costituita da un sottile wafer di spessore pari a 0,25-0,30 mm circa di silicio monocristallino o policristallino. Essa è di forma quadrata e di superficie pari a circa 100 cm² (fino a 225 cm² )
e si comporta come una minuscola batteria producendo, nelle condizioni standard di irraggiamento
una corrente di 3 ampère (A) con una tensione di circa 0,5 volt (V). Esistono diversi tipi di celle
fotovoltaiche; il mercato propone celle in silicio monocristallino, in silicio policristallino, in silicio
amorfo e i prodotti in film sottile. Le differenze maggiori sono dovute al processo che porta alla
formazione della fetta di silicio, detta “wafer”, che costituirà la struttura principale e verrà sottoposta
ai successivi trattamenti chimici. Le diverse celle mostrano, in virtù delle loro peculiari caratteristiche,
efficienze di conversione molto diverse.
Le celle attualmente sul mercato si distinguono per il processo di fabbricazione con le quali vengono
ottenute.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Le celle più pregiate, che offrono le prestazioni migliori, sono quelle in silicio monocristallino. Il
silicio a cristallo singolo, o monocristallino, è ottenuto da un processo detto di melting a partire da
cristalli di silicio di elevata purezza che, una volta fusi, vengono fatti solidificare a contatto con un
seme di cristallo. Il processo di raffreddamento porta alla formazione di un lingotto cilindrico formato
da un solo cristallo del diametro di 13-20 cm e con una lunghezza che può raggiungere i 200 cm. Il
lingotto viene poi tagliato in lame sottili utilizzando seghe a filo ad alta precisione. Lo spessore dei
wafers che si ottengono è di 250-300 µm.
Il wafer di silicio policristallino si ottiene dalla fusione e successiva ricristallizzazione del silicio di
scarto dell’industria elettronica (“scraps” del silicio). La ricristallizzazione non avviene in maniera
ordinata come accade per il silicio monocristallino, poiché dal bagno fuso si originano più cristalli che
crescono contemporaneamente. L’accrescimento è più veloce di quello del silicio monocristallino e
richiede anche meno energia. Per tale ragione il costo dei pannelli realizzati in silicio policristallino è
inferiore a quello dei pannelli in monocristallo, al prezzo però di un minor rendimento a parità di
superficie.
Il silicio amorfo differisce in maniera sostanziale per il processo produttivo con cui si ottiene.
Il materiale attivo è disponibile in forma di gas e viene depositato su diversi tipi di superfici di
sostegno. La pellicola che si deposita raggiunge uno spessore di pochi micron, a differenza dei 250350 µm delle celle in cristallo. Una tecnologia di questo genere consente interessanti applicazioni
potendosi integrare laddove i più tradizionali pannelli soffrono dei vincoli dovuti alla loro struttura
rigida; tuttavia la tecnologia del film sottile non offre le stesse garanzie di stabilità nel tempo del
rendimento delle celle.
Figura 2, Celle fotovoltaiche in silicio monocristallino, policristallino e amorfo
Infine, le celle a film sottile, composte da strati di materiale semiconduttore (non sempre è presente il
silicio), depositati generalmente come miscela di gas su supporti a basso costo (vetro, polimeri,
alluminio) che danno consistenza fisica alla miscela. Tra queste tecnologie si sono affermate, oltre
alla tecnologia di produzione delle cella tradizionale in silicio amorfo, quelle per la produzione di
celle a film sottile in CDTE (telloruro di cadmio), di celle in GaAs (arseniuro di gallio-rendimento di
laboratorio 35%) e di celle in CIS (diseliniuro doppio di rame ed iridio).
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
2.2. Le componenti dell’impianto
La singola cella fotovoltaica costituisce il componente elementare dell’impianto ma, per essere in
grado di fornire una potenza elettrica significativa, deve essere collegata in serie ad altre celle fino a
formare il modulo fotovoltaico, di potenza media compresa tra i 50 e i 280 Wp. Per aumentare ancora
la potenza elettrica è necessario collegare tra loro più moduli, in serie o in parallelo. Più moduli
collegati in una struttura comune vengono indicati con il termine di pannello, mentre un insieme di
pannelli collegati elettricamente in serie costituisce una stringa. Infine, il collegamento in parallelo di
più stringhe, fino a raggiungere la potenza elettrica desiderata, costituisce il generatore.
L’impianto fotovoltaico nel suo complesso non è costituito dal solo generatore, ma necessita di una
serie di componenti ausiliari di connessione alle utenze e/o alla rete di distribuzione, di accumulo
energetico e di trasformazione.Vengono di seguito analizzati in maggior dettaglio i componenti
principali di un sistema fotovoltaico, senza distinzione tra sistemi collegati alla rete e sistemi isolati.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
i moduli
Per formare il modulo fotovoltaico le celle devono essere collegate elettricamente e assemblate
l’una a fianco dell’altra. A questo scopo, le celle vengono posate su un supporto rigido, costituito
da vetro o da materiali plastici adatti (EVA) e protetto da un vetro anteriore.
Sono commercializzate anche soluzioni a doppio vetro, che consentono trasparenze talvolta
essenziali per l’integrazione architettonica dei pannelli, o pannelli con bassa trasmittanza termica
e quindi buone proprietà isolanti, che ne consentono l’utilizzo quali elementi di tamponamento.
Le celle realizzate in silicio amorfo consentono invece la deposizione del semiconduttore su
diversi materiali e supporti fino a realizzare prodotti leggeri e deformabili. Non è necessario
l’utilizzo del substrato di EVA e il modulo ha un aspetto molto gradevole, presentandosi come
una superficie uniforme con riflessi anche colorati. Un’altra soluzione particolarmente
interessante dal punto di vista architettonico è rappresentata dalle tegole fotovoltaiche costituite
da strisce già formate in tegole preaccostate su una struttura di supporto.
Tutti i moduli fotovoltaici si configurano esternamente come componenti a due terminali
caratterizzati da uno specifico valore di tensione e di corrente. Il collegamento tra le celle viene
realizzato a mezzo di sottili bandelle metalliche elettrosaldate; quelle terminali vengono
generalmente fatte uscire dal retro forando il supporto posteriore in corrispondenza della cassetta
di terminazione, che si presenta come un contenitore plastico fissato sul retro del modulo
contenente la morsettiera che rende disponibili le due polarità.
I moduli sono poi generalmente completati con una cornice esterna in alluminio anodizzato che
facilita le operazioni di montaggio e consente di distribuire gli sforzi dovuti al serraggio dei dadi o
ad altre sollecitazioni. Il modulo risulta inoltre protetto da infiltrazioni poiché la cornice viene
fissata con collanti siliconici.
Alcune soluzioni commerciali prevedono la fornitura di moduli senza cornice esterna; l’aspetto
della struttura risulta più snello e questi pannelli meglio si prestano ad integrazioni
architettoniche, anche se presentano alcuni problemi di montaggio e di isolamento.
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-
i sistemi di accumulo
Laddove sia necessario immagazzinare l’energia prodotta dal sistema fotovoltaico per renderla
disponibile nelle ore di basso o nullo irraggiamento, l’impianto deve essere completato con una
batteria di accumulatori di opportuna capacità che consentano anche di far fronte ai carichi di
punta richiesti dall’utenza.
I requisiti principali degli accumulatori adatti all’accoppiamento con i generatori fotovoltaici
possono essere riassunti come segue:
- buone capacità di assorbimento e cessione di energia in piccole e grandi quantità;
- elevata intensità di corrente in uscita;
- lunga durata;
- ridotta manutenzione;
- ridotta autoscarica.
Tra le batterie disponibili sul mercato le più idonee risultano quelle al piombo acido che hanno
registrato negli ultimi anni un incremento di prestazioni ed affidabilità.
In termini di prezzo, è necessario evidenziare che le batterie risultano, più ancora dei moduli
fotovoltaici, i componenti più costosi dell’impianto; richiedono infatti una sostituzione al termine
della loro vita utile che risulta generalmente di 6 ÷ 8 anni, contro una vita utile dei pannelli di 30
anni. È necessaria inoltre una periodica manutenzione.
Oltre alle batterie al piombo acido, il mercato offre, le batterie al nichel/cadmio che hanno una
maggiore autoscarica e presentano il problema dello smaltimento finale del cadmio, ma offrono
una vita utile più lunga.
In ogni caso, qualunque sia la scelta in merito al tipo di accumulatore, particolare attenzione deve
essere riservata all’alloggiamento dello stesso. È da preferire la collocazione all’interno di locali
esenti da umidità, polveri sospese e fumi, con temperature comprese tra i +5 e i +50°C. Le pareti
devono possibilmente essere rivestite con materiali antiacido, così come le strutture sulle quali
vengono posati gli accumulatori.
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-
i convertitori statici
I convertitori statici sono apparecchi elettronici in grado di convertire le grandezze elettriche
tensione e corrente di un circuito, in grandezze elettriche diverse per forma e/o valore. Nello
specifico, si identifica con la dizione tecnica, di derivazione anglosassone, inverter (o convertitore
statico CC/AC) il dispositivo elettronico in grado di convertire una corrente elettrica continua
(prodotta dai moduli) in corrente alternata a 230V per impiegarla nell’alimentazione delle normali
utenze a bassa tensione o per immetterla nella rete elettrica.
Anche tra gli inverter progettati per un’applicazione a valle del generatore fotovoltaico esistono
significative differenze. Infatti, come vedremo in seguito, il generatore fotovoltaico può essere
collegato direttamente alla rete elettrica di distribuzione (impianto grid-connected) ovvero può
funzionare ad isola (impianto stand-alone); l’inverter scelto dovrà pertanto risultare idoneo al tipo
di collegamento e alla destinazione d’uso dell’impianto fotovoltaico.
Commercialmente sono disponibili inverter idonei per le applicazioni fotovoltaiche con potenze
che partono da un centinaio di watt per arrivare ad alcune migliaia di watt, nelle applicazioni in
parallelo alla rete.
L’inverter comprende inoltre il dispositivo di interfaccia di rete (a norma CEI 11-20) contenente
le protezioni lato AC, in grado di interrompere l’immissione di corrente in rete se la tensione o la
frequenza della corrente immessa differiscono da quelle di rete oltre i limiti accettati dalla
normativa vigente, o se viene isolato il ramo di rete cui è connesso l’inverter stesso.
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-
il BOS
Il trasferimento dell’energia dal sistema fotovoltaico all’utenza avviene, oltre che attraverso
l’inverter, anche mediante ulteriori dispositivi. L’insieme dei dispositivi necessari per trasformare
e adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell’utenza finale, che trovano
collocazione fisica in una posizione intermedia compresa tra i moduli e l’utenza stessa, prende il
nome di BOS (Balance of System). Un elemento essenziale del BOS, se le utenze devono essere
alimentate in corrente alternata o se il generatore è connesso alla rete, è l’inverter stesso. Fanno
inoltre parte del BOS le batterie, il regolatore della carica e il controllore della scarica della
batteria e l’insieme dei cablaggi e delle derivazioni. Così come i moduli fotovoltaici sono
caratterizzati dalla loro efficienza di trasformazione, anche la restante parte del sistema (il BOS) è
caratterizzato da un’efficienza di conversione espressa dal rapporto tra l’energia disponibile in
corrente alternata alle utenze e l’energia elettrica in corrente continua in uscita dal generatore.
L’efficienza del BOS (anche indicata come PR, Performance Ratio) è determinata da molti fattori
di perdita, quali:
- perdita per effetto temperatura 6%
- perdita dell’inverter 7%
- perdita per ombreggiamento3%
- perdita per mismatching (imperfetto accoppiamento tra i moduli) 3%
- perdita per riflessione della luce 3%
- perdite dovute alla resistenza dei cavi 1%
L’energia utile è quella parte dell’energia elettrica disponibile ai morsetti dei moduli in corrente
continua, che viene trasformata in corrente alternata, ovvero l’efficienza del BOS così come
prima definita. Normalmente l’efficienza del BOS di un sistema fotovoltaico raggiunge valori
compresi tra il 75% e l’85%.
L’efficienza globale del sistema è data dal prodotto tra l’efficienza dei moduli e quella del BOS.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
2.3. Le tipologie d’impianto
Spesso i sistemi fotovoltaici vengono classificati in base alla potenza d’impianto. Tuttavia, una
classificazione molto più generale può essere fatta dividendo i sistemi in due grandi categorie:
-
sistemi collegati alla rete (o grid connected);
-
sistemi isolato (o stand alone).
Gli impianti grid conncted sono stabilmente collegati alla rete elettrica di distribuzione. Nelle ore in
cui l’impianto non è in grado di produrre energia sufficiente per soddisfare le richieste dell’utenza, la
rete elettrica cede energia all’utilizzatore operando in parallelo all’impianto fotovoltaico. Invece, nelle
ore in cui l’impianto produce più energia di quanta ne venga utilizzata, il surplus viene ceduto alla
rete elettrica. Si può quindi affermare che la rete funziona da batteria di accumulo per il sistema
fotovoltaico. Questi impianti richiedono pochissima manutenzione non essendo dotati di parti in
movimento.
I sistemi isolati non dispongono della rete nazionale quale batteria di accumulo e devono perciò essere
autonomi anche nello stoccaggio dell’energia. Sono quindi dotati di specifici accumulatori a lunga
durata e vengono utilizzati soprattutto per l’elettrificazione rurale e montana.
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2.3.1.
Gli impianti connessi alla rete
La prima categoria di impianti fotovoltaici, la cui diffusione è cresciuta in maniera considerevole
grazie ai programmi di sostegno ed incentivazione promossi dal Governo Italiano, è quella degli
impianti connessi alla rete elettrica di distribuzione. Questi impianti sono destinati alla fornitura di
energia elettrica per utenze già collegate alla rete e hanno la particolarità di lavorare in regime di
interscambio con la rete elettrica locale. In particolare, nelle ore di luce l’utenza consuma l’energia
elettrica prodotta dal proprio impianto mentre, quando non c’è luce o l’intensità della radiazione
luminosa non è sufficiente per permettere all’impianto di produrre energia elettrica o ancora se
l’utente richiede, più energia di quanta l’impianto possa produrre, sarà la rete elettrica a garantire
l’approvvigionamento dell’energia necessaria.
Dall’altro lato, se l’impianto solare produce più energia di quella richiesta dall’utenza, il surplus può
essere immesso in rete. In questo caso si parla di cessione delle “eccedenze” alla rete elettrica locale.
Un impianto FV a immissione in rete è principalmente composto dai seguenti componenti:
Figura 3, Schema di un impianto connesso alla rete
-
1 moduli fotovoltaici: costituiscono il generatore di energia elettrica vero e proprio, che
convertono la radiazione solare in corrente elettrica continua;
-
2 quadro elettrico di campo in continua: all’interno sono alloggiati gli organi di protezione e di
sezionamento della corrente continua generata dall’impianto;
-
3 inverter (convertitore DC/AC): converte la corrente da continua in alternata. Nel caso di sistemi
grid-connected si "aggancia" alla tensione della rete elettrica, in modo da poter collegare la sua
uscita alla tensione della rete elettrica;
-
4 contatore dell’energia prodotta: segnala quanta energia e’ prodotta dall’impianto e trasmette i
dati al GSE al fine di poter quantificare il contributo in Conto Energia;
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
5 quadro elettrico in alternata: contiene gli organi di manovra e protezione della corrente alternata
in uscita dall’inverter;
-
6 quadro elettrico dell’utenza: e’ il classico quadro elettrico presente a valle del contatore
dell’energia elettrica in tutti gli impianti esistenti;
-
7 contatore bi-direzionale per il net metering: attraverso il quale viene conteggiata l’energia
immessa in rete e quella assorbita dall’utenza.
L’allacciamento dell’impianto alla rete assicura la disponibilità di energia elettrica in tutte le ore del
giorno, consentendo un dimensionamento più flessibile del generatore al quale non è richiesto di
coprire, mediante produzione diretta o mediante utilizzo dell’energia stoccata negli accumulatori,
l’intero carico elettrico richiesto dall’utenza. Il dimensionamento dell’impianto può essere quindi
realizzato anche in base ad altri parametri quali la superficie o il budget disponibile per
l’investimento. Inoltre, la presenza della rete consente che l’energia prodotta dal sistema non venga
mai sprecata; è infatti noto che il rendimento dei sistemi di accumulo non è molto elevato.
Gli impianti fotovoltaici collegati alla rete elettrica di distribuzione non richiedono una manutenzione
impegnativa. Il generatore fotovoltaico non presenta infatti parti meccaniche in movimento e la
manutenzione si risolve nella rimozione, dalla superficie dei pannelli, della sporcizia e della polvere
che si accumulano, utilizzando semplicemente l’acqua. È necessario però controllare con cadenza
semestrale alcune componenti del BOS quali i cavi di collegamento e l’inverter.
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2.3.2
Gli impianti isolati
In questo tipo di impianto l’energia generata alimenta direttamente il carico elettrico; quella in
eccesso viene accumulata nelle batterie che la rendono disponibile nei periodi in cui il generatore
fotovoltaico non produce corrente. Questi impianti rappresentano la soluzione più idonea per
soddisfare la richiesta di energia di utenze isolate per le quali il costo di elettrificazione, sarebbe
certamente alto.
Nei sistemi fotovoltaici isolati l’immagazzinamento dell’energia in genere viene effettuato mediante
accumulatori elettrochimici. La presenza di batterie di accumulo permette di garantire la continuità
dell’erogazione di energia anche in caso di basso irraggiamento o guasto temporaneo dei generatori.
Mentre per un impianto FV connesso alla rete si vuole massimizzare l’irradiazione annuale e quindi la
producibilità dell’impianto, per un impianto FV autonomo dotato di accumulatori elettrochimici si
desidera massimizzare la radiazione giornaliera e minimizzare il divario tra il mese più favorevole e
quello meno favorevole. In particolare, per determinare la potenza nominale del generatore
fotovoltaico in modo da assicurare l’autosufficienza dell’impianto, è necessario imporre che la
produzione d’impianto nel mese più sfavorevole risulti maggiore dell’assorbimento. Ciò comporta un
surplus di energia nei mesi più favorevoli che non verrà assorbito dagli accumulatori ma sprecato.
La capacità energetica in kWh degli accumulatori deve garantire un certo numero di giorni di
autonomia (pari di solito a 4-5 giorni). Lo sviluppo tecnologico in questo settore, legato all’industria
automobilistica, ha permesso di ottenere accumulatori al piombo acido con bassa autoscarica, lunga
vita (maggiore di 6 anni) e manutenzione ridotta (o addirittura nulla).
I componenti fondamentali di un sistema fotovoltaico isolato sono per la maggiorparte gli stessi di
quelli descritti nel caso precedente, con l’aggiunta di:
Figura 4, Schema di impianto isolato
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
8 regolatore di carica: si occupa della carica delle batterie di accumulo dell'energia;
-
9 batterie: accumulano l'energia da utilizzare per l'alimentazione dell'utenza isolata. Le batterie
ricevono energia dal generatore fotovoltaico attraverso il regolatore di carica, ed inviano corrente
continua all'inverter per la produzione di corrente alternata per il funzionamento dei consueti
utilizzatori elettrici.
La manutenzione di un impianto fotovoltaico isolato richiede alcune attenzioni in più rispetto a quelle
riservate agli impianti collegati alla rete elettrica di distribuzione. Oltre ai normali controlli previsti
anche per gli impianti grid connected e alla pulizia periodica dei pannelli, particolare cura deve essere
riservata alla manutenzione e gestione degli accumulatori. La vita utile delle batterie varia, a seconda
dell’elettrolita usato, tra 5 e 8 anni, ma preme sottolineare che la durata degli accumulatori stessi è
vincolata ad un controllo attento delle loro condizioni di funzionamento e di conservazione.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
3. La diffusione del fotovoltaico in Europa
Presa nel suo complesso, l’Europa rappresenta indubbiamente l’area geografica leader per
installazioni fotovoltaiche, contando per circa il 67 % del totale cumulato installato a livello mondiale.
Il grafico sotto, rappresenta l’andamento della potenza installata tra il 2009 e il 2010 e la potenza
totale cumulata a fine 2010. Innanzitutto possiamo leggere l’arresto della diffusione del fotovoltaico
in Spagna e in Francia dovuto sicuramente a un brusco arresto nella politica di incentivazione.
Il record comunque è mantenuto dalla Germania che tuttavia non ha risentito dell’abbassamento delle
tariffe incentivanti raggiungendo il tetto dei 17 GW installati.
potenza installata 2009
potenza installata 2010
potenza cumulata 2010
18000
15000
MW
12000
9000
6000
3000
0
Germania
Spagna
Italia
Francia
Grafico 1, Potenza annuale installata e totale cumulata al 2010.
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3.1. Il caso dell’Italia
Nel grafico 2 possiamo leggere l’andamento delle nuove installazioni e della potenza fotovoltaica
totale cumulata a partire dal 2007, anno in cui è stato introdotto il Nuovo Conto Energia in Italia.
Potenza installata (MW)
Potenza cumulata (MW)
6000
5000
MW
4000
3000
2000
1000
0
2007
2008
2009
2010
Grafico 2, Potenza annuale e cumulata installata in Italia dal 2007 al 2010
L’incremento più importante è quello registrato nel 2010, anno in cui sono stati installati quasi 85000
nuovi impianti che hanno portato ad accumulare una potenza totale pari a 7200 MW.
Nel grafico successivo è analizzata la potenza installata a seconda della fascia di potenza
dell’impianto. Analizzando l’evoluzione degli impianti di piccola taglia, quelli da 1 a 20 kW,
possiamo vedere come fino all’anno scorso la loro diffusione si è ridotta ad un quarto rispetto a
quanto installato nel 2007 a scapito di una maggiore diffusione delle taglie superiori. In particolare si
sono affermate le grandi centrali fotovoltaiche a seguito dei forti investimenti economici dovuti
soprattutto alle convenienti tariffe incentivanti introdotte in Iatalia con il Conto Energia.
Possiamo concludere affermando che, nel corso degli ultimi tre anni, la taglia media di potenza
installata è passata dai circa 7 kW agli oltre 27 kW. Questo vuol dire che sul mercato del fotovoltaico
si stanno sempre di più concentrando le attenzioni dei grandi investitori che mirano ad ottenere il
massimo profitto economico attraverso la installazione di grandi centrali elettriche, e che si vanno
riducendo quelle puntuali atte a garantire il soddisfacimento dei consumi delle piccole utenze
domestiche.
20
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
≤ 20 (kW)
20 - 200 (kW
200 - 1000 (kW)
> 1000 (kW)
100%
14
80%
31
23
34
36
60%
24
44
27
40%
20%
22
44
20
34
27
12
0%
2007
2008
2009
2010
Grafico 3, Segmentazione della potenza cumulata installata in Italia
Le due mappe in basso, rappresentano la distribuzione regionale della produzione fotovoltaica sul
territorio nazionale a seconda o della potenza e del numero degli impianti installati.
La mappa raffigurata in figura 5 mostra che il 47% della capacità installata è al Nord, il 35% al Sud e
il 18% al Centro. In particolare la Puglia, con il 19,7%, ha il valore più alto di potenza registrato,
seguita dalla Lombardia (10,7%) e dall’Emilia Romagna (10,5%). Nel Centro Italia il Lazio
primeggia con il 7,0% di potenza installata.
Figura 5, Distribuzione regionale della potenza
Figura 6, Distribuzione regionale del numero di
impianti
21
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
La mappa a destra, invece riporta la distribuzione della numerosità degli impianti in Italia. Nelle
Regioni del Nord risultano installati circa il 58% degli impianti, in quelle del Sud circa il 25% ed
infine nelle Regioni del Centro circa il 17%. La Regione con il maggior numero di impianti installati è
la Lombardia (14,9%), seguita da Veneto (13,0%) ed Emilia Romagna (9,3%). Al Sud si distingue la
Puglia con il 6,2% e al Centro la Toscana al 5,8%.
Dalla lettura contemporanea delle mappe, possiamo affermare che al nord, soprattutto nelle regioni
del Veneto e della Lombardia, a fronte di condizioni di irraggiamento non favorevoli come nel sud
Italia, sono più diffusi gli impianti di piccola taglia grazie alla maggiore sensibilità dei cittadini verso
questo tipo di investimento, fatte salve le note differenze in termini di reddito pro-capite.
I grandi impianti, nel sud, si concentrano soprattutto in Puglia, regione che tiene il primato per
potenza installata fino al 2010.
22
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
4. L’incentivazione dell’ energia fotovoltaica in Italia
L’incentivazione alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e quindi da sistemi
fotovoltaici, in Italia si basa sull’erogazione di un incentivo economico detto in “Conto Energia”
riconosciuto dal GSE, il Gestore dei Servizi Energetici al soggetto responsabile titolare di un impianto
fotovoltaico connesso alla rete.
Questo contributo viene elargito in misura proporzionale alla quantità di energia elettrica prodotta e
dipende dalle caratteristiche tecniche con cui viene realizzato l’impianto tra cui, le più importanti sono
la fascia di potenza alla quale appartiene e il grado di integrazione architettonica rispetto all’edificio
sul quale è installato. Tale remunerazione costituisce la fonte di ricavo principale nei confronti del
soggetto responsabile in quanto, essendo riconosciuta per 20 anni, garantisce il rientro economico
dell’investimento iniziale sostenuto per la realizzazione dell’impianto.
Un ulteriore fonte di ricavo è costituita dalla valorizzazione del’energia elettrica prodotta che può
essere o immediatamente autoconsumata, anche attraverso il regime di Scambio sul Posto, oppure
venduta al mercato.
L’autoconsumo dell’energia prodotta costituisce una fonte di ricavo implicita, in quanto rappresenta
un risparmio nella riduzione della fattura elettrica poiché consente di non acquistare l’energia nella
misura corrispondente alla parte autoconsumata. La vendita dell’energia elettrica prodotta e non
autoconsumata costituisce invece una fonte di ricavo esplicita1.
Di seguito vengono analizzate le principali regole e i relativi Decreti attraverso i quali sono state
fissate le regole per l’incentivazione di impianti fotovoltaici.
1
ILNUOVO CONTO ENERGIA, Decreto 19 Febbraio 2007, Ed. n.2 , Aprile 2008
23
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
4.1. L’incentivo in Conto Energia
L’incentivo erogato in “Conto Energia” per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e
quindi per impianti fotovoltaici è stato regolamentato nel corso degli ultimi anni da quattro Decreti
Ministeriali e dai relativi Regolamenti di Attuazione che hanno specificato, di volta in volta, nei loro
articoli, le regole fondamentali per la realizzazione degli impianti. In particolare, i Decreti emanati
fino ad oggi sono stati:
•
“Primo Conto Energia”, D.M. 28/07/2005 e 06/02/2006;
•
“Nuovo Conto Energia”, D.M. 19/02/2007;
•
“Terzo Conto Energia”, D.M. 06/08/2010;
•
“Quarto Conto Energia”, D.M. 05/05/2011;
Nei paragrafi successivi vengono analizzati i contenuti principali dei Decreti sopra elencati, tenendo
presente che ai fini dell’incentivazione dell’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, ogni
Decreto opera una distinzione in funzione della potenza dell’impianto installata, del tipo di impianto
ovvero della tecnologia applicata, e infine, a seconda delle modalità contrattuali con cui avviene lo
scambio tra l’utente e il Gestore dei Servizi Energetici. Inoltre, in ognuno di essi vengono stabiliti i
limiti annuali di potenza massima incentivabile variabili a seconda degli obbiettivi prestabiliti dai
Ministeri preposti.
24
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
1° Conto Energia: D.M. 28/07/2005 e 06/02/2006
L’emanazione del decreto relativo al sistema di incentivazione in “Conto Energia” del 2005
rappresenta la prima seria iniziativa presa dal governo Italiano per favorire la produzione di
energia elettrica da fonti rinnovabili.
Le iniziative fino ad allora prese, la Legge n.10 del 1991e il programma “Tetti Fotovoltaici” del
2000 non si sono dimostrate idonee a promuovere la diffusione del fotovoltaico in Italia.
Il Primo Conto Energia, emanato il 28/07/2005, riconosce al titolare dell’impianto una tariffa
incentivante variabile a seconda della potenza dell’impianto e quindi della fascia di potenze al
quale l’impianto appartiene e aumenta con l’aumentare della potenza. Le classi di potenza
inizialmente stabilite sono le seguenti:
-
1 kW ≤ P ≤ 20 kW
-
20 kW ≤ P ≤ 50 kW
-
50kW ≤ P ≤ 1 MW
Per gli impianti appartenenti alla prima categoria, la tariffa incentivante è applicata solo alla parte
di energia prodotta e autoconsumata in regime di scambio sul posto. E’ evidente in questo primo
Decreto la volontà da parte del Legislatore di favorire l’autoconsumo con l’obbiettivo di ridurre al
minimo le quantità di energia scambiata. In caso di vendita, invece, la tariffa incentivante è
applicata a tutta l’energia prodotta senza distinzione tra le taglie di potenza.
Per gli impianti appartenenti alle ultime due taglie, oltre alla tariffa incentivante viene
riconosciuto un ulteriore contributo, regolato dalla Delibera AEEG 34/05, inversamente
proporzionale alla produzione annua ottenuta e corrispondente ai limiti di quantità:
-
fino a 500 MWh;
-
da 500 MWh a 1000 MWh;
-
da 1000 a 2000 MWh.
L’integrazione architettonica dell’impianto, tuttavia, non è ancora stata recepita in maniera
considerevole dal legislatore che la premia con un incremento del 10% delle tariffe incentivanti.
Viene inoltre stabilito il limite massimo di potenza nominale cumulata installabile entro il 2015
pari a 1000 MW.
Nonostante il livello della tariffa incentivante si sia dimostrato attraente per gli investitori, i
risultati hanno registrato una forte limitazione nella capacità effettivamente installata fino al 2006
pari a solo 9,44 MW 2.
2
da www.qualenergia.it, Le cifre dell’energia fotovoltaica, F.Catino –L.Berlen, giugno 2011.
25
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
2° Conto Energia: D.M. 19/02/2007
Il Secondo, detto anche Nuovo Conto Energia,emanato il 29 Febbraio 2007, a circa due anni dal
precedente, modifica le regole principali del sistema di incentivazione previste nel precedente.
Innanzitutto, il nuovo Decreto al fine di individuare le tariffe incentivanti ridefinisce le classi di
potenza, in particolare, i valori indicati dal precedente Decreto corrispondenti alla prima fascia di
potenze vengono frammentati in due sottocategorie per poi unire le ultime due categorie e lasciare
a tutti gli impianti superiori ai 20 kW le stesse tariffe.
Come possiamo vedere in basso, le nuove taglie introdotte sono:
-
1≤P≤ 3
-
3 ≤ P ≤ 20
-
20 < P
Ma la novità principale del Secondo Conto Energia è rappresentata da un ulteriore sistema di
classificazione degli impianti che opera una distinzione in funzione del grado di integrazione
architettonica utilizzato. In questo caso la distinzione avviene a seconda che l’impianto sia
architettonicamente:
-
Non integrato;
-
Parzialmente integrato;
-
Integrato
In particolare si è “ritenuto opportuno dover orientare il processo di diffusione del fotovoltaico
verso applicazioni più promettenti, in termini di potenziale di diffusione e connesso sviluppo
tecnologico, e che consentano minor utilizzo del territorio, privilegiando l'incentivazione di
impianti fotovoltaici i cui moduli sono posizionati o integrati nelle superfici esterne degli
involucri degli edifici e negli elementi di arredo urbano e viario, tenendo tuttavia conto anche dei
maggiori costi degli impianti di piccola potenza, nonché di alcune applicazioni specifiche”3.
Al fine di intendere più nel dettaglio i diversi livelli di integrazione architettonica si è ritenuto
opportuno riportare di seguito le definizioni contenute nella Guida agli interventi validi ai fini del
riconoscimento dell’integrazione architettonica del fotovoltaico insieme ad alcune immagini
esemplificative dei casi in esame.
3
Guida agli interventi validi ai fini del riconoscimento dell’integrazione architettonica del fotovoltaico, GSE, Aprile
2009
26
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
Integrazione architettonica parziale
I moduli fotovoltaici possono essere montati su edifici o componentistica di arredo urbano, come
chioschi, pensiline, barriere acustiche , ecc., senza sostituire il materiale da costruzione delle
stesse strutture. In altre parole è indispensabile che, nel suo inserimento il fotovoltaico non infici
le caratteristiche estetiche e la funzionalità dell’involucro architettonico, specie per quello che
riguarda l’efficienza energetica dell’edificio.
Fig. 1 “Suglio
Figura 8, Installazione su tetto piano, Cesena, Italia
Figura 7, Istituto bancario
“Suglio”, Svizzera
-
Integrazione architettonica totale
Integrare totalmente il fotovoltaico nell'architettura significa riuscire ad equilibrare gli aspetti
tecnici ed estetici dei componenti della tecnologia fotovoltaica con quelli dell'involucro edilizio,
senza compromettere le caratteristiche funzionali di entrambi. Una corretta integrazione
architettonica del fotovoltaico, infatti, riesce a far coincidere la capacità del fotovoltaico di
produrre energia elettrica sul luogo della domanda con la qualità estetica dello spazio che lo
contiene. Le caratteristiche fisiche del modulo fotovoltaico - forma, dimensione, colore, eventuale
trasparenza - possono diventare elementi di caratterizzazione dello spazio architettonico.
A scopo esemplificativo si riportano tre immagini tratte dalla stessa guida edita dal GSE.
27
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Figura 10, Residenze a Friburgo, Germania
Figura 9, Pensilina ammessa al
Museo dei Bambini, Roma
Dall’analisi fin qui condotta, ci risultano premiati con una tariffa incentivante vantaggiosa, gli
impianti di piccola taglia fino a 3 kW di potenza e che risultino integrati architettonicamente, al
contrario, sono svantaggiati a livello remunerativo gli impianti non integrati e di potenza
superiore ai 20 kW.
Per quanto riguarda le classi di potenza introdotte dal Nuovo Decreto, esse non risultano
coincidenti con la realtà del mercato poiché fissano le stesse regole per una centrale da 21 kW e
per una da 1000 kW e per questo si ritiene che il mantenimento della precedente suddivisione
sarebbe stato più opportuno.
Per quanto riguarda il regime dello scambio sul posto, l’energia incentivabile in Conto Energia
viene esteso a tutta l’energia prodotta e non solo a quella autoconsumata.
Inoltre, con il nuovo decreto viene abolito il tetto annuale di potenza installabile, mentre, il limite
massimo di potenza cumulata installabile entro il 2016 viene triplicato, rispetto a quanto
prestabilito nel precedente Regolamento fino a 3000 MW.
28
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
3° Conto Energia: D.M. 06/08/2010
L’entrata in vigore del Terzo Conto Energia è stata preceduta da un convulso periodo di
transizione che ha registrato l’esaurimento degli incentivi previsti per il Nuovo Conto Energia.
Per sopperire a questa fase di passaggio, la legge n.129 del 13/08/2010, nota come Decreto “Salva
Alcoa” ha prorogato i termini per accedere agli incentivi previsti dal precedente Decreto in
scadenza il 31/12/2010.
Il terzo Conto Energia è difatti entrato in vigore il 1° Gennaio 2011. In questo Nuovo Decreto,
vengono riconfermati numerosi principi che erano stati previsti nel precedente Decreto quali ad
esempio la possibilità di usufruire dello scambio sul posto per impianti fino a 200 kW di potenza,
di accedere a premi aggiuntivi qualora l’impianto sia abbbinato ad un uso efficiente dell’energia o
alla sostituzione di coperture in eternit.
Il limite massimo di potenza installabile, fissato dal precedente Decreto a 3000 MW per il 2016,
viene anticipato al 2013. Il nuovo Decreto, inoltre, modifica la precedente classificazione degli
impianti basata sul grado di integrazione architettonica e introduce due nuove categorie
distinguendo tra gli impianti installati:
-
su edificio,
-
a terra.
Non solo, ma vengono modificate anche le classi di potenza che si suddividono in:
-
1≤P≤ 3
-
3 ≤ P ≤ 20
-
20 ≤ P ≤ 200
-
200 ≤ P ≤ 1000
-
1000 ≤ P ≤ 5000
-
P > 5000
Il fatto di aver frammentato ulteriormente le fasce di potenza, soprattutto quelle per impianti con
potenza maggiori di 20 kW, corrisponde alla volontà del legislatore di differenziare le tariffe
incentivanti al fine di penalizzare quelle attribuite agli impianti di grande taglia che spesso sono
state oggetto di forti speculazioni finanziare da parte degli investitori e che hanno mostrato un
significativo impatto sul territorio.
Una novità molto importante introdotta dal Terzo Conto Energia riguarda il fatto di aver riservato
300 MW e 200 MW di potenza incentivabile, oltre ai 3000 MW precedentemente citati, per
29
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
l’installazione rispettivamente di impianti fotovoltaici architettonicamente integrati con
caratteristiche innovative ed impianti a concentrazione.
La guida pubblicata dal GSE stabilisce nel dettaglio i criteri cui devono sottostare gli impianti
architettonicamente integrati per poter beneficiare delle suddette tariffe, viene anche specificato
che, affinché sia assicurata la completa integrazione architettonica, il modulo fotovoltaico non
deve garantire solo la produzione di energia elettrica, ma anche le funzioni tipiche di involucro
edilizio, quali la tenuta all’acqua e l’impermeabilizzazione della struttura edilizia, un livello di
tenuta meccanica comparabile con quello dell’elemento edilizio sostituito ed una resistenza
termica tale da non compromettere le prestazioni dell’involucro. Inoltre esso deve rispondere al
requisito per cui la rimozione dei moduli fotovoltaici compromette la funzionalità dell’involucro
edilizio, rendendo la costruzione non idonea. Rientrano quindi tra i prodotti incentivabili secondo
queste modalità particolarmente le tegole fotovoltaiche, le vetrate fotovoltaiche, i sistemi di
impermeabilizzazione delle coperture che incorporano moduli fotovoltaici, spesso in film sottile.
La scelta di premiare con tariffe incentivanti l’uso di queste tecnologie, quali appunto i sistemi
BIPV (Building Integrated Photo Voltaics), testimonia l’attenzione posta dal legislatore alle
necessità di promuovere applicazioni ad oggi rimaste isoalte nel mercato della tecnologia
fotovoltaica.
30
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
-
4° Conto Energia: D.M. 05/05/2011
A soli tre mesi dall’entrata in vigore del Terzo Conto Energia, ed in seguito all’emanazione della
Direttiva Europea 2009/28/CE, sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili,
recante modifiche alla precedente delibera 2011/77/CE, è stato approvato dal governo italiano il
relativo Decreto Legislativo di attuazione, il cosiddetto “Decreto Rinnovabili”.
Tale Decreto definisce gli strumenti, i meccanismi, gli incentivi e il quadro istituzionale
finanziario e giuridico necessari per il raggiungimento degli obiettivi in maniera di quote
complessiva di energia da fonti rinnovabili previsti per il 2020.
Oltre a questa disciplina, il Decreto Rinnovabili ha introdotto anche alcuni sostanziali
cambiamenti che interessano il Terzo Conto Energia entrato in vigore il 1° Gennaio 2011.
Innanzitutto viene fissato al 31 Marzo 2011 il termine di validità, rimandando all’emanazione di
un nuovo Decreto le disposizioni necessarie per gli impianti che entreranno i funzione
successivamente a tale data. Il decreto che introduce il Quarto Conto Energia è stato emanato il 5
Maggio 2011e entrerà in vigore il 1°Settembre 2011.
Rispetto al precedente, il Quarto Conto Energia fissa il limite di potenza incentivabile cumulata
entro il 2016 pari al 23000 MW e lascia invariate le categorie e le fasce di potenza entro cui
vengono distribuite le tariffe incentivanti, queste sono state modificate nell’intento di favorire gli
impianti di piccole dimensioni o quelli installati su tetto di potenza sotto al MW.
L’obiettivo del governo è stato evidentemente quello di limitare la proliferazione di impianti di
grande taglia e agevolare la diffusione di quelli che fino a 200 MW possono usufruire
dell’autoconsumo. Questo infatti diminuirebbe il numero e l’incidenza degli investimenti
puramente speculativi, alleggerirebbe l’impatto sulla rete elettrica di una crescita consistente della
potenza fotovoltaica installata e connessa, ed infine determinerebbe un beneficio tangibile per
molte piccole imprese e realtà commerciali che sarebbero ulteriormente stimolate a soddisfare una
parte consistente dei loro consumi attraverso il ricorso alla fonte solare fotovoltaica.
Interessante è anche la scelta del legislatore di introdurre obblighi di integrazione delle fonti
rinnovabili negli edifici di nuova costruzione o sottoposti a rilevanti ristrutturazioni, tanto per
quanto riguarda l’energia elettrica che termica. Per quanto concerne nello specifico l’energia
elettrica, si stabilisce che nel 2013 la potenza di impianti alimentati da fonti rinnovabili da
installare obbligatoriamente sopra , all’interno o nelle pertinenze dell’edificio sia pari, in kW, a
S/80, con S pari alla superficie in pianta dell’edificio a livello del terreno, misurata in mq. Per un
edificio di 80 mq, si tratta di 1 kW di potenza da fonte rinnovabile da installare.
Un ulteriore elemento di novità introdotto con il quarto Conto Energia è rappresentato dal premio
previsto per chi, oltre ad installare un impianto fotovoltaico, esegue opere di efficentamento
energetico dell’edificio, a seconda di quanto si riducono i consumi, il Decreto prevede una
maggiorazione della tariffa incentivante fino al 30%.
31
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
4.2. Lo Scambio sul Posto e il Contributo in Conto Scambio
Gli edifici dotati di un impianto fotovoltaici connesso alla rete elettrica e con potenza fino a 200 kWp
possono intercambiare l’energia elettrica prodotta e non autoconsumata attraverso l’adesione al
regime di Scambio sul Posto.
Tale disciplina è regolamentata dalla delibera dell’AEEG 74/08 che sostituisce la precedente 28/06 e
viene applicata mediante la stipula di una Convenzione, sottoscritta dal titolare dell’impianto, nella
quale sono dettagliate le condizioni tecnico economiche che regolano lo scambio tra il GSE e l’utente.
Questo meccanismo consiste nell’eseguire una compensazione economica tra il valore dell’energia
elettrica prelevata dalla rete e quello dell’energia immessa, cioè di quella non immediatamente
autoconsumata.
In particolare, il GSE (Gestore Servizi Energetici) riconosce a favore dell’utente con cui effettua lo
scambio di energia un contributo monetario, al fine di rimborsarlo per i costi sostenuti per l’acquisto
di energia elettrica dalla rete nel momento in cui la produzione istantanea non è capace di coprire il
livello dei consumi utilizzati. E’ importante ricordare che tale contributo viene corrisposto al netto
delle imposte e degli oneri per l’utilizzo della rete elettrica, vale a dire che il contributo corrisposto
all’utente copre solo parzialmente l’importo della fattura elettrica che è tenuto comunque a pagare
all’impresa fornitrice.
Al fine di comprendere quali sono gli oneri pagati e come incidono sull’importo totale, si è ritenuto
opportuno analizzare le voci che compongono una bolletta elettrica tipica di una utenza domestica. In
particolare, nell’ultima colonna a destra della tabella sottostante, sono state isolate le componenti del
costo finale dell’energia prelevata dalla rete e pagata alla ditta fornitrice che vengano rimborsate
attraverso il contributo in Conto Scambio riconosciuto dal GSE all’utente titolare dell’impianto
fotovoltaico.
Come si può notare, la parte rimborsato all’utente è pari a circa il 60% del prezzo sostenuto per
l’acquisto dell’energia dalla rete, il restante 40% è suddiviso tra impostee oneri per la gestione della
rete.
32
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Prezzo finale di acquisto
dell'energia elettrica
0,17 - 0,20
€/kWh
Composizione del prezzo finale
Componenti riconoscute dal
dell'energia elettrica
GSE all'utente dello scambio sul
posto
componente
%
Oneri generali di
sistema
8,2
Servizi di trasmissione,
distribuzione,
dispacciamento e
misura
20,2
Imposte
14,1
Quota Energia
57,5
Componente rimborsata in parte
e limitatamente all'energia
scambiata
Componente rimborsata
limitatamente al valore
economico dell'energia immessa
in rete
Tabella 1, Scomposizione dei costi di una fattura elettrica
Per calcolare esattamente quanta parte del prezzo dell’energia comprata ci viene riconosciuto,
analizziamo dettagliatamente le variabili che intervengono. Queste sono:
-
(Oe) Onere Energia:
valore, espresso in Euro, dell’energia prelevata dalla rete (Oe = 0,105 €/kWh);
-
(Cei) Controvalore economico dell’energia immessa in rete:
valore, espresso in Euro, dell’energia elettrica prodotta e immessa in rete (Cei = 0,07 €/kWh);
-
(Cus) Onere Servizi:
valore, espresso in Euro, relativo alle componenti variabili per la distribuzione, la trasmissione e la
misura dell’energia elettrica scambiata. Comprende gli oneri di trasporto e dispacciamento e altri
oneri generali di sistema (Cus = 0,038 €/kWh);
-
(Es) Energia scambiata:
quantità di energia, espressa in Kwh, scambiata con la rete, ovvero la quantità minima tra l’energia
prelevata dalla rete e l’energia che viene immessa.
33
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Possiamo affermare che il valore del contributo in conto scambio (Cs) si ottiene dalla somma del
valore minimo tra i due che rappresentano la quota parte di energia scambiata (immessa e prelevata) e
del valore relativo ai all’uso della rete. In dettaglio, il valore è pari a:
Cs = min [Oe ; Cei] + Cus x Es
Nei paragrafi successivi sono stati analizzati tre possibili casi che possono verificarsi in un edificio
dotato di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto.
Gli esempi scelti sono utili a capire come si calcola il contributo in Conto Scambio al variare dei
quantitativi di energia prelevata e immessa in rete.
Come si può vedere ogni esempio riporta un grafico nel quale sono rappresentate, lungo l’asse
positivo delle ordinate, le quantità di energia di scambiata in rete, mentre, in quello negativo il
corrispondente valore in Euro.
34
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
4.2.1.
Esempi
Caso 1: Cei > Oe
Il Controvalore economico dell’ Energia immessa in rete è superiore all’Onere economico per
l’acquisto dell’energia e quindi la quantità di energia immessa in rete nell’anno di riferimento è
maggiore della quantità di energia prelevata.
Dati:
4000 kWh
Oe
0,105 €/kWh
420 €
Energia Immessa
7000 kWh
Cei
0,07 €/kWh
490 €
Energia Scambiata
4000 kWh
Es
0,038 €/kWh
152 €
Controvalore
(Euro)
Quantità
(kWh)
Energia Prelevata
Energia
Prelevata
Energia
Immessa
Energia
Scambiata
4000 kWh
7000 kWh
4000 kWh
Cus = 152
€
Oe = 420 €
Cei = 490 €
A
Grafico 4, Controvalore economico delle quantità di energia elettrica scambiata con la rete, Cei > Oe
Nel caso in esame, nonostante la quantità di energia immessa in rete corrisponde a quasi il doppio di
quella prelevata, l’utente riceve la quota parte del contributo in Conto Scambio pari all’onere
economico relativo all’energia che è stata prelevata e che risulta essere di poco inferiore al
controvalore economico dell’energia ceduta.
In questo caso, la differenza in Euro tra il Cei e l’Oe, pari a 70 €, rimane a credito all’utente titolare
dell’impianto il quale, o lo potrà utilizzare entro i tre anni successivi per un eventuale saldo negativo
tra il Cei e l’Oe dovuto ad un prelievo di energia maggiore rispetto a quella ceduta alla rete, oppure
potrà decidere di farselo rimborsare dal GSE.
Nell’esempio successivo vedremo proprio come l’utente può riutilizzare il credito accumulato per
compensare il saldo finale che risulti negativo
35
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Caso 2: Cei < Oe
Il Controvalore economico dell’ Energia immessa in rete è inferiore all’Onere economico per
l’acquisto dell’energia nonostante la quantità di energia immessa in rete in un anno è maggiore della
quantità di energia prelevata. Ciò è dovuto al fatto che il Cei vale circa i 2/3 del Oe.
Dati:
Energia Prelevata
3809 kWh
Oe
0,105 €/kWh
400 €
Energia Immessa
4714 kWh
Cei
0,07 €/kWh
330 €
Energia Scambiata
3809 kWh
Es
0,038 €/kWh
144 €
Controvalo
re (Euro)
Quantità
(kWh)
Credito anni precedenti
660 kWh
70 €
Energia
Prelevata
Energia
Immessa
Energia
Scambiata
3809 kWh
4714 kWh
3809 kWh
Cus = 152
Oe = 400 €
Cei = 330 €
A
Grafico 5, Controvalore economico delle quantità di energia elettrica scambiata con la rete, Cei < Oe
Nel grafico sopra si può vedere chiaramente come per una maggiore quantità, in kWh, di energia
immessa in rete rispetto a quella comprata, ai fini dello scambio sul posto, corrisponda un valore
economico inferiore rispetto all’Onere economico che l’utente ha dovuto sostenere per acquistare
l’energia elettrica.
Nel caso in esame, si verifica un saldo negativo tra il Cei e l’Oe (330 – 400 = -70) per cui, seconda la
formula dello Scambio sul Posto, all’utente dovrebbe essere corrisposto il minore tra i due valori. Ma,
ipotizzando che l’utente ha maturato negli anni precedenti un credito dal Gse pari, in questo caso a 70
€, possiamo ipotizzare che scelga di utilizzarlo per pareggiare la differenza tra il Cei e l’Oe. In questo
modo viene valorizzata quella parte di energia che gli è stata accredidata all’utente in quanto prodotta
in eccesso nei tre anni precedenti.
36
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Caso 3: Cei = Oe
Il Controvalore economico dell’ Energia immessa in rete è uguale all’Onere economico per l’acquisto
dell’energia nonostante la quantità di energia immessa in rete è maggiore della quantità di energia
prelevata.
Dati:
4000 kWh
Oe
0,105 €/kWh
420 €
Energia Immessa
6000 kWh
Cei
0,07 €/kWh
420 €
Energia Scambiata
4000 kWh
Es
0,038 €/kWh
152 €
Controvalo
re (Euro)
Quantità
(kWh)
Energia Prelevata
Energia
Prelevata
Energia
Immessa
Energia
Scambiata
4000 kWh
6000 kWh
4000 kWh
Cus = 152
Oe = 420 €
Cei = 420 €
Grafico 6, Controvalore economico delle quantità di energia elettrica scambiata con la rete, Cei = Oe
In quest’ultimo esempio si è voluto far coincidere il valore del Cei con quello dell’Oe. Sul grafico si
può leggere chiaramente come le rispettive quantità rispecchiano la proporzione che esiste tra i due
valori ossia il rapporto di 3 a 2.
L’analisi delle regole contenute nella Delibera AEEG 74/08 e gli esempi fin qui analizzati ci fanno
capire come dimensionare al meglio un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio
sul Posto. Possiamo concludere dicendo che non è solo importante tenere presente le quantità di
energia elettrica scambiate, ma il valore economico che gli viene attribuito, poiché, come abbiamo
visto all’inizio del capitolo, alla base dello scambio vi è la compensazione economica.
37
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5. Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico
Nel capitolo precedente abbiamo visto come si realizza l’equilibrio economico tra le parti di energia
scambiate senza effettuare nessuna valutazione in merito alla convenienza per l’utente a soddisfare i
propri consumi attraverso il prelievo di energia elettrica dalla rete.
In questo capitolo, mediante l’analisi di un caso concreto si vogliono quantificare i flussi energetici
relativi allo scambio al fine di valutarne il loro rapporto.
Per avvicinarci a tale obbiettivo con maggiore precisione, si rende opportuno verificare l’esattezza dei
dati attuali e confrontarli successivamente con quelli teorici calcolati, in questo modo possiamo
conoscere a quanto ammontano gli scostamenti annuali del 2010 rispetto alla medie previste.
Attraverso la stima de i livelli mensili di radiazione solare e all’acquisizione di quelli relativi alla
produzione, è stato possibile calcolare il rendimento d’impianto, il cui valore promedio ci assicura che
non si sono avute grosse variazioni rispetto alla media.
38
Bilancio
io energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.1. Descrizione del caso di studio
5.1.1.
Localizzazione geografica
Figura 11,, Localizzazione geografica della Provincia di Lecce nella Puglia e in Italia
L’impianto fotovoltaico è situato nel Comune di Sogliano Cavour, in Provincia di Lecce così come
indicato nell’immagine in basso. Le coordinate del sito sono: 40,150; 18,196.
Figura 12, Localizzazione del Comune di
Sogliano Cavour in Provincia di Lecce
39
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.1.2.
Analisi dell’edificio
L’edificio preso in esame si compone di tre piani, uno interrato destinato a deposito e gli altri due,
fuori terra, a show room per finiture d’interni. La struttura portante è costituita da travi e pilastri in
calcestruzzo armato con solai piani in laterocemento.
Le dimensioni massime di ingombro di ogni piano sono di circa 14 m per il lato corto e di 23 m per
quello lungo, per una superficie complessiva per piano di circa 275 m², collegati da un unico corpo
scala, posto sul lato est e ruotato rispetto all’edificio di 45°. Le chiusure verticali sono, in muratura su
tutto il lato nord e in vetro sui lati est, sud e ovest senza nessun tipo di schermatura solare.
Complessivamente, la forma dell’edificio si presenta poco compatta, infatti ad eccezione del lato
nord, il profilo dei restanti tre lati è caratterizzato da rientranze e sporgenze, la cui sagoma approssima
il limite della strada antistante.
Internamente tutti e tre i piani sono privi di partizioni fisse. L’area destinata alla sala mostra ospita
esclusivamente i totem espositivi intorno ai quali è possibile circolare liberamente.
Le aperture principali sono costituite dagli ingressi situati al piano terra dell’edificio, posti sui lati est
e ovest e segnalati in rosso sulla pianta, le altre aperture sono presenti puntualmente nel sopraluce
delle vetrate dei lati est, sud e ovest.
Figura 13, Pianta del piano terreno
40
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.1.3.
Descrizione dell’impianto
Limpianto fotovoltaico è montato su una struttura a pergola situato sulla terrazza dell’edificio.
E’ costituito da una struttura principale in pilastri e travi di ferro zincato e da una secondaria, formata
da profili tubolari lungo i quali sono agganciati i triangoli di supporto dei pannelli.
L’impianto è costituito da otto file di moduli che si alternano adattandosi alla superficie della terrazza
situata a sinistra del vano scala, estesa per circa 300 m². La loro esposizione segue la giacitura
dell’asse longitudinale dell’edificio ruotato verso est di 10°, con un angolo di esposzione di 20°.
Figura 14, Pianta della copertura con la distribuzione dei moduli fotovoltaici
Nel suo insieme, l’impianto è costituito da 70 moduli modello Suntech STP280 con potenza di picco
pari a 280 kW e dimensioni di 1m per 2m, che assemblati in tre stringhe sviluppano una potenza
complessiva di 19,6 kW attraverso una superficie captante di 135,8 m².
I tre inverter, montati all’interno del vano scala, sono del tipo Fronius IGP70 ed hanno una potenza
nominale di 6,8 kW.
41
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Figura 15, Sezione trasversale sul piano copertura
Figura 16, Foto sul lato est dell’edificio
Figura 17, Foto della struttura di supporto dei pannelli
42
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.2. Analisi della produzione annuale
5.2.1.
Valutazione della radiazione solare
I dati di radiazione solare non sono stati acquisiti da una lettura diretta in quanto il sistema di
monitoraggio dell’impianto non è dotato di piranometro. Si è reso dunque necessario effettuare una
stima della radiazione solare incidente basata su valori reali registrati nel 2010 per la stessa località
riferiti ad una superficie orizzontale e corretti da un coefficiente che tiene in conto del coseno
dell’angolo formato dal raggio solare incidente e dalla normale alla superficie inclinata dei moduli,
necessario a compensare la diversa inclinazione dei modulirispetto all’orizzonte.
I valori di radiazione sono riferiti alla superficie orizzontale e derivano dalla lettura diretta delle
mappe di radiazione globale elaborate da Meteotest. Tali mappe contengono i valori medi mensili di
radiazione globale al suolo registrati nel 2010 in tutta Italia e sono disponibili all’indirizzo
http://www.photon-online.it della rivista digitale Photon.
A titolo esemplificativo viene riportata la mappa della radiazione totale annuale del 2010, dove
possiamo leggere, per la Provincia di Lecce un valore medio di 1560 kWh/m².
Figura 18, Mappa della radiazione totale annuale per il 2010 su superficie orizzontale
43
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Il calcolo dei fattori di correzione da applicare ai valori mensili di radiazione globale su superficie
orizzontale sono stati ottenuti dividendo per ogni mese i valori relativi alle due diverse inclinazioni,
ossia quella reale dei moduli orientata a – 10° est e 20° di inclinazione, e quella orizzontale.
Le medie mensili, calcolate per le due diverse inclinazioni sono state ottenute utilizzando la mappa
interattiva di radiazione solare disponibile sul portale web dell’Unione Europea, a cura dell’Istituto
per l’Energia, unità Energia Rinnovabile disponibile all’indirizzo internet http://re.jrc.ec.europa.eu.
Tale software permette, per una località prestabilita , di conoscere la quantità di radiazione globale
media mensile che arriva sulla superficie di un m² a seconda dell’angolo di azimut , dell’inclinazione
rispetto al piano orizzontale e del coefficciente di riflessione delle superfici circostanti.
Di seguito viene riportata la formula utilizzata per il calcolo dei fattori di correzione mensili.
Radiazione media mensile per -10° est, 20°
Fattore di correzione =
Radiazione media mensile per 35° ovest,
Moltiplicando tale coefficiente per i valori reali letti sulle mappe, otteniamo una estimazione
abbastanza precisa della radiazione media mensile che si presume sia stata captata dalla superficie dei
moduli dell’impianto in esame.
Nella tabella 2, riportata in basso, sono indicati i dati fin qui esposti e in particolare nell’ultima
colonna a destra possiamo leggere i valori stimati di radiazione globale media mensile per una
superficie unitaria inclianata alla stessa posizione dei moduli.
Radiazione Solare Globale
Azimut
Inclin.
mese
gennaio
febbraio
marzo
aprile
maggio
giugno
luglio
agosto
settembre
ottobre
novembre
dicembre
Tot. Annuale
Reale 2010
mappe Photon
m. mensile
0°
0°
kWh/m²
53
73
118
161
188
208
221
198
128
93
61
53
1554
Calcolata con valori PVGIS
m. mensile
0°
0°
kWh/m²
57,7
69,9
121
164
200
216
224
202
148
108
64,9
50,3
1626
m. mensile
10°
20°
kWh/m²
79,9
87,7
141
176
202
212
223
212
170
136
88,7
71
1799
Fattore di
correzione per
esposizione
1,385
1,255
1,165
1,073
1,010
0,981
0,996
1,050
1,149
1,259
1,367
1,412
Stimata 2010
m. mensile
10°
20°
kWh/m²
73
92
101
172
186
204
221
208
111
117
44
75
1606
Tabella 2, Dati di radiazione solare globale, località Lecce –IT-.
44
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Sommando i valori mensili fin qui calcolati possiamo effettuare una prima valutazione della
radiazione globale stimata per il 2010 rispetto ai valori calcolati attraverso il software PVGIS. Infatti
per valori di:
•
Radiazione Globale 2010
1606 kWh/m²
•
Radiazione Globale Media Annuale calcolata
1799 kWh/m²
possiamo leggere una variazione del valore stimato nel 2010 inferiore, rispetto alla media di circa 200
kWh/m², pari a circa l’11 % in meno all’anno.
Questo valore sarà utile in seguito quando sarà effettuato il bilancio sulle quantità di energia prodotta
e scambiata con la rete.
Nel grafico 1, riportato in basso, possiamo apprezzare le variazioni della radiazione globale mese per
mese. Come si può vedere, in quasi tutti i mesi dell’anno i valori stimati sono leggermente inferiori
alle medie calcolate soprattutto nei mesi di Marzo, Settembre e Novembre evidenziati in rosso.
Stimata 2010
Calcolata con PVGIS
250
kWh/m²
200
150
100
50
0
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
Grafico 7, Radiazione solare globale mensile per -10°est, 20°inclinazione
45
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.2.2.
Calcolo del Rendimento di Produzione
Avendo effettuato, nel paragrafo precedente, la stima della radiazione verificatasi nel 2010, possiamo
effettuare adesso il calcolo del rendimento di produzione dell’impianto analizzato.
I dati di produzione mensile di energia elettrica sono stati acquisiti dal sito internet del GSE, dove
l’utente, in una pagina personale, dispone di tutti idati di produzione memorizzati a partire dal
momento di entrata in esercizio dell’impianto. Dividendo quindi, secondo la formula in basso, i valori
di radiazione con i dati di produzione, otteniamo i valori di resa dell’impianto:
Valori stimati di radiazione mensile captata nel 2010
Rendimento mensile =
Produzione mensile dell’impianto
Nel grafico in basso possiamo visualizzare l’andamento dei valori di rendimento mensile
dell’impianto. Non sono da considerare validi i valori di marzo e novembre in quanto fuori da ogni
aspettativa, sicuramente non sono coerenti con la realtà i loro valori e ipotizziamo un errore nella
trasmissione dei dati letti dal contatore di produzione e inviati tramite il servizio di telelettura.
Per il resto, possiamo leggere un leggero abbassamento nei mesi di giugno e luglio, dovuto
sicuramente all’influenza delle alte temperature stagionali.
Inoltre è stato eseguito un calcolo promedio sul rendimento mensile, il quale, escludendo i valori di
marzo e novembre, risulta pari al 12%, come la maggiorparte dgli impianti dello stesso tipo.
Rendimento
Rendimento Promedio (esclusi marzo e novembre)
0,25
0,20
%
0,15
0,10
0,05
0,00
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
Grafico 8, Rendimento di produzione dell’impianto nel 2010
46
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Inoltre, come per la radiazione solare, anche in questo caso, al fine di effettuare la valutazione sulla
produzione energetica registrata nel 2010 si sono messi a confronto i valori reali con quelli calcolati
mediante il software utilizzato precedentemente per la stima della radiazione. Nel grafico riportato di
seguito possiamo leggere le variazioni mensili ed eseguire un bilancio annuale tra i seguenti valori di
radiazione:
•
Produzione reale 2010
28288 kWh
•
Produzione teorica
30172 kWh
Differenza
1884 kWh
Energia Prodotta
Produzione teorica
4000
kWh
3000
2000
1000
0
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
Grafico 9, Produzione mensile di energia elettrica fotovoltaica del’impianto.
In conclusione possiamo affermare che tra la produzione reale e quella teorica calcolata c’è una
differenza di 1884 kWh pari al 6% in meno di energia prodotta rispetto a quella teorica calcolata
Questo dato sarà particolarmente utile in seguito, quando verrà effettuato il bilancio annuale tra le
quantità di energia elettrica scambiata.
47
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.3. Bilancio dell’energia elettrica scambiata
In questo paragrafo vengono effettuati i bilanci energetici necessari a capire il rapporto tra le diverse
quantità di energia elettrica scambiata tra l’utente e la rete ed il loro controvalore economico. Il primo
bilancio che possiamo effettuare si basa su quanto previsto dal regime di Scambio di sul Posto le cui
regole principali le abbiamo già viste nel capitolo precedente.
Dati:
Energia Prelevata
13330 kWh
•
Energia Immessa
23209 kWh
•
Energia Scambiata
13330 kWh
•
Oe (Onere economico dell’energia prelevata)
•
Cei (Controvalore economico dell’energia immessa)
•
Es (Energia scambiata)
Quantità
(kWh)
•
Energia
Prelevata
Controvalore
(Euro)
13330
kWh
Oe
1399 €
0,105 €/kWh
1399 €
0,07 €/kWh
1624 €
0,038 €/kWh
506 €
Energia
Immessa
Energia
Scambiata
23209
kWh
13330
kWh
Cei
1624 €
Cus
506 €
A
Grafico 10, Controvalore economico delle quantità di energia elettrica scambiata con la rete.
Ai fini dello Scambio sul posto e quindi per il calcolo del Contributo in Conto Scambio, il rapporto tra
la quantità di energia immessa e quella prelevata risulta idoneo a garantire lo scambio economico.
Infatti, se in termini economici l’Onere riconosciuto per l’acquisto dell’energia prelevata è pari a 1,5
volte il controvalore per l’energia immessa, allora per eguagliare i due termini bisogna che le
rispettive quantità siano nel rapporto inverso ovvero di 2 a 3.
48
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Sottraendo dal Cei l’Oe per l’acquisto di energia, rimane un saldo positivo a disposizione dell’utente
pari a 225 €. Questo vale a dire che nella rete sono stati introdotti 3215 kWh in più che l’utente può
utilizzare in caso di saldo negativo nei tre anni successivi.
Se consideriamo i consumi del 2010 come livello standard di consumo dell’edificio, possiamo
quantificare questo surplus di energia introdotta pari all’11 % in più di produzione, equivalente alla
all’energia generata da 14 m² di superficie fotovoltaica.
Vediamo ora in dettaglio come si calcola il Contributo in Conto Scambio al fine di ottenere il Bilancio
Economico relativo alle quantità di energia scambiate con la rete, ricordando che :
-
(Oe) Onere Energia:
valore, espresso in Euro, dell’energia prelevata dalla rete (Oe = 0,105 €/kWh);
-
(Cei) Controvalore economico dell’energia immessa in rete:
valore, espresso in Euro, dell’energia elettrica prodotta e immessa in rete (Cei = 0,07 €/kWh);
-
(Cus) Onere Servizi:
valore, espresso in Euro, relativo alle componenti variabili per la distribuzione, la trasmissione e la
misura dell’energia elettrica scambiata. Comprende gli oneri di trasporto e dispacciamento e altri
oneri generali di sistema (Cus = 0,038 €/kWh);
-
(Es) Energia scambiata:
quantità di energia, espressa in Kwh, scambiata con la rete, ovvero la quantità minima tra l’energia
prelevata dalla rete e l’energia che viene immessa.
Importo fatturato per l’acquisto di energia
2787 €
Contributo in Conto Scambio
Cs = min [Oe ; Cei] + Cus x Es
Cs = 1408 + 506
1914 €
Come avevamo anticipato precedentemente, anche in questo caso il Contributo in Conto Scambio
risulta inferiore all’ Importo fatturato per l’acquisto dell’ energia elettrica dalla azienda fornitrice.
49
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
5.4. Conclusioni
Possiamo concludere questa prima valutazione affermando che, indipendentemente del verificarsi
dell’equilibrio tra le parti, all’utente gli conviene consumare quanto più possibile l’energia
autoprodotta per non acquistarla dalla rete, in quanto obbligato al pagamento delle imposte, che come
detto prima non gli verranno rimborsate con il contributo in Conto Scambio.
Un altro tipo di valutazione che è possibile effettuare riguarda le diverse quantità di energia che
compongono i consumi e la produzione. I primi sono composti da una parte di energia prelevata dalla
rete e da una parte di energia prodotta e direttamente autoconsumata, mentre la produzione si
suddivide in una parte che viene immessa nella rete e l’altra come detto prima destinata
all’autoconsumo. Nei grafici in basso possiamo leggere chiaramente il rapporto tra le quantità.
Energia Consumata
Energia Prelevata
Energia Immessa
Energia Prodotta
Energia Autoconsumata
30000
25000
kWh
20000
15000
10000
Energia
Consumata
18409
5000
Energia
Immessa
23209
Energia
Prelevata
13330
0
Energia
Prodotta
28288
Energia
Autoconsumata
5079
Grafico 11, Bilancio annuale dell’energia elettrica scambiata con la rete.
Se per un momento prendiamo in considerazione solo la quota parte di energia direttamente
autoconsumata vediamo anche dai grafici riportati in basso che essa rappresenta:
•
1/3 dell’energia totale consumata,
•
1/5 dell’energia prodotta
Questo ci porta a considerare che nell’esempio preso in esame l’energia prodotta non è
sufficientemente valorizzata in quanto per la maggior parte immessa in rete e non autoconsumata ma
50
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
destinata invece a generare quel controvalore economico inversamente proporzionale all’energia
acquistata.
Energia Immessa
Energia Autoconsumata
Energia Comprata
Energia Autoconsumata
18%
28%
82%
Grafico 12, Suddivisione energia prodotta
72%
Grafico 13, Composizione energia consumata
Possiamo dunque affermare che un edificio dotato di impianto per la generazione di energia da fonti
rinnovabili, al fine di ottimizzare la produzione dell’energia elettrica prodotta, i consumi richiesti
dovrebbero, per quanto possibile, essere soddisfatti direttamente dall’energia prodotta dall’impianto.
In questo modo si otterrebbe il duplice risultato di abbassare il livello delle quantità di energia
scambiata ovvero di quella prelevata e di quella immessa, necessaria a equilibrare il differente valore.
Nel capitolo successivo, dopo aver analizzato l’andamento dei consumi per alcuni giorni dell’anno si
attua una tra le possibili strategie utili a ottimizzare l’autoconsumo dell’energia prodotta.
51
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6. Valorizzazione dell’energia fotovoltaica in regime di Scambio sul Posto
Come visto nel precedente capitolo, al fine di valorizzare l’energia elettrica prodotta dall’impianto
fotovoltaico è necessario aumentare il livello della quantità di energia autoconsumata e ridurre al
minimo il volume di quella scambiata con la rete. Una delle possibili soluzioni per ottenerlo è quello
di far coincidere, per quanto possibile, la produzione con i consumi.
Affinché ciò avvenga è necessario poter visualizzare contemporaneamente l’andamento dei consumi e
i livelli di produzione dell’energia elettrica. Per questo sono stati elaborati dei grafici giornalieri dove,
ai livelli di potenza assorbita dall’uso contemporaneo delle apparecchiature elettriche presenti
nell’edificio, sono state sovrapposte le curve di potenza dell’energia elettrica generate dall’impianto.
In questo modo su ogni grafico è possibile visualizzare a seconda dell’orario, quali sono i livelli di
energia appartenenti alle diverse classi di consumo che vengono soddisfatti dalla produzione
fotovoltaica e quelli per i quali è necessario ricorrere all’acquisto dell’energia dalla rete.
A questo punto, lasciando invariata la curva dei consumi è possibile sovrapporre una nuova curva di
produzione corrispondente ad una diversa inclinazione dei moduli fotovoltaici e quindi ad una diversa
distribuzione delle potenze generate dall’impianto nell’arco della giornata. Questo ci consente di
soddisfare una quota parte del fabbisogno energetico dell’edificio attraverso l’autoconsumo
dell’energia prodotta in misura maggiore rispetto all’inclinazione precedente.
I risultati ottenuti sono visibili nell’ultimo capitolo, dove è stato possibile effettuare un nuovo bilancio
energetico per valori differenti di energia scambiata.
52
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.1. Analisi giornaliera
6.1.1.
Livelli di consumo
Al fine di conoscere i livelli di consumo dell’energia elettrica dell’edificio non è stato possibile
acquisire le caratteristiche e i valori di potenza della singole apparecchiature elettriche utilizzate. Per
questo i dispositivi elettrici utilizzati contemporaneamente per un determinato uso sono stati
raggruppati in classi di consumo.
Le categorie individuate corrispondono quindi alle necessità degli utenti di utilizzare le necessarie
apparecchiature d’ufficio, di climatizzare e di illuminare gli ambienti.
Nella tabella in basso, per ogni classe di consumo, sono elencate le principali componenti elettriche
che, utilizzate contemporaneamente, soddisfano la stessa necessità.
Classe di consumo
Livello
Potenza
P.Acc
in orario di chiusura P. 1°
330
P. Sot
Fisso
Frigorifero, Computer, Stampanti, Sistema di
Allarme, Sistema antincendio, Modem, Telefoni,
Caricabatterie,
Macchina da caffè, Computer, Sistema audio
P. Acc
in orario di vendita P. 1°
Disposititvi elettrici
Watt
450
P. Sot
Aria climatizzata
(solo freddo)
6800
Pompa di calore
P. Acc
850
Fan coil
P. 1°
850
Fan coil
P. Sot
0
2000
P. Acc
Calore
(stufa elettrica)
50
Stufa elettrica
Sistema di ventilazione aria calda riscaldata con
camino a legna
P. 1°
P. Sot
P. Acc
variabile
Illuminazione
fissa
1950
Lampade ad alugenuri metallici
P. 1°
0
P. Sot
1200
Tubi fluorescenti
P. Acc
1500
Lampade ad alugenuri metallici
P. 1°
1350
Lampade ad alugenuri metallici
P. Sot
0
Tabella 3, Classi di consumo e valori di potenza dei dispositivi elettrici utilizzati nell’edificio.
53
Bilancio
io energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
I valori delle potenze di ogni singola classe di consumo sono stati acquisiti tramite la lettura diretta su
un analizzatore di rete situato nel quadro elettrico generale installato nell’edificio e mostrato nella foto
in basso.
Figura 19,, Analizzatore di rete montato nel quadro elettrico generaledell’edificio.
E’ stato possibile conoscere il livello raggiunto da ogni categoria di consumo isolando dal quadro
generale, tutti i dispositivi elettrici facenti parte del da analizzare.
Nello stesso
sso modo, per ogni classe di consumo, è stato possibile individuare il livello di potenza
raggiunto per ogni piano dell’edificio e a seconda dell’orario di apertura o chiusura.
Per quanto riguarda la stima dei tempi di utilizzo di ogni sistema elettrico, questa è stata effettuata
attraverso dei colloqui diretti con gli utenti dell’edificio, i quali sulla base delle loro abitudini
personali, ci ha indicato approssimativamente gli orari di accensione e spegnimento delle
apparecchiature elettriche.
In questo modo è stato possibile compilare schede di riepilogo dei consumi elettrici che ci forniscono
tra l’altro, una visione dettagliata circa le abitudini sugli usi nell’edificio nei giorni presi come
riferimento:
-
21 marzo,
-
21giugno,
-
21 settembre,
-
21 dicembre
Come
ome possiamo vedere nelle pagine successive la compilazione delle schede consente di individuare,
per ogni ora della giornata, il livello dei consumi raggiunto per la messa in funzione di una o più
categoria di consumo.
Le informazioni sui consumi giornalieri
giornalieri ,contenute nelle schede riportate, sono visibili sotto forma di
grafici nel capitolo successivo. Qui, le curve di consumo, sovrapposte a quella di produzione attuale,
ci consentono di conoscere per quali ore della giornata stiamo utilizzando l’energia prodotta
dall’impianto e quelle invece in cui la preleviamo dalla rete.
54
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Uso Fisso
Stufa Elettrica
Macchina
Refrigerante
Fan Coil P.Terra
Fan Coil P.Primo
P.Terra
P.Terra
P.Primo
Illuminazione
Variabile
Fissa
Sistema di
Ventilazione Aria
Calda
Climatizzazione
Solo Freddo
Orario di Apertura
o di Chiusura
Solo Caldo
hh:mm
W
W
W
W
W
W
W
W
W
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
Total
330
330
330
330
330
330
330
330
330
450
450
450
450
450
330
330
450
450
450
450
450
450
330
330
9240
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
Total
330
330
330
330
330
330
330
330
330
450
450
450
450
450
330
330
450
450
450
450
450
450
330
330
9240
Ora
Somma
Totale
delle
Energia
Potenze Consumata
W
KWh
330
330
330
330
330
330
330
330
330
2500
2500
500
500
450
330
330
500
2450
5300
7300
7300
3300
3180
330
39740
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
2,50
2,50
0,50
0,50
0,45
0,33
0,33
0,50
2,45
5,30
7,30
7,30
3,30
3,18
39,4
330
330
330
330
330
330
330
330
330
450
450
8100
8100
450
330
330
450
8950
10900
13750
5250
3300
3180
330
67290
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,33
0,3
0,3
0,3
0,3
0,5
0,5
8,1
8,1
0,5
0,3
0,3
0,5
9,0
10,9
13,8
5,3
3,3
3,2
67,0
21 MARZO
50
50
50
50
2000
2000
50
50
50
50
50
2000
2000
1950
1950
1950
1950
450
8000
7800
1500
1500
1500
1500
1500
1350
1350
1350
1350
1350
7500
6750
21 GIUGNO
6800
6800
850
850
6800
6800
6800
850
850
850
850
850
850
34000
4250
2550
1950
1950
1950
5850
1500
1500
1500
1500
1350
1350
1350
1350
6000
5400
55
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Climatizzazione
Macchina
Refrigerante
Fan Coil P.Terra
Fan Coil P.Primo
P.Terra
hh:mm
W
W
W
W
W
W
W
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
Total
330
330
330
330
330
330
330
330
330
450
450
450
450
450
330
330
450
450
450
450
450
450
330
330
9240
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
Total
330
330
330
330
330
330
330
330
330
450
450
450
450
450
330
330
450
450
450
450
450
450
330
330
9240
Ora
Fissa
Somma
Totale
delle
Energia
Potenze Consumata
P.Primo
Stufa Elettrica
Variabile
Sistema di
Ventilazione Aria
Calda
Solo Freddo
Orario di Apertura o di
Chiusura
Solo Caldo
Illuminazione
P.Terra
Uso Fisso
W
W
W
KWh
1350
1350
1350
1350
1350
6750
330
330
330
330
330
330
330
330
330
450
450
450
450
450
330
330
450
8100
10050
5250
5250
3300
3180
3180
44640
3,18
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,33
0,33
0,45
8,10
10,05
5,25
5,25
3,30
3,18
41,5
330
330
330
330
330
330
330
330
330
2500
2500
4450
2500
450
330
330
4450
7300
7300
7300
7300
5250
5130
330
60390
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,33
0,3
0,3
0,3
0,3
2,5
2,5
4,5
2,5
0,5
0,3
0,3
4,5
7,3
7,3
7,3
7,3
5,3
5,1
60,1
21 SETTEMBRE
6800
6800
13600
850
850
1700
1950
1950
1950
5850
1500
1500
1500
1500
1500
7500
21 DICEMBRE
50
50
50
50
2000
2000
2000
2000
50
50
50
50
50
2000
2000
2000
2000
2000
1950
1950
1950
1950
1950
1950
1950
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1350
1350
1350
1350
1350
1350
450
18000
15600
9000
8100
1950
56
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.1.2.
Grafici Produzione – Consumo
Consumo Fisso
Stufa Elettrica
Illuminazione
Energia Prodotta -10°est; 20°
12000
10000
Watt
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 14, Produzione e consumo per il 21 Marzo
Classi di consumo
Possibilità di cambio
Consumo Fisso
no
•
Illuminazione
no
•
Riscaldamento
si
Watt
•
Modalità d’intervento
Consumo Fisso
Illuminazione
Aria Climatizzata
Energia Prodotta -10°est; 20°
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 15, Produzione e consumo per il 21Giugno
Classi di consumo
Possibilità di cambio
•
Consumo Fisso
no
•
Illuminazione
no
•
Aria Climatizzata
si
57
Watt
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
Consumo Fisso
Aria Climatizzata
Illuminazione
Energia Prodotta -10°est; 20°
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 16, Produzione e consumo per il 21 Settembre
Classi di consumo
Possibilità di cambio
•
Consumo Fisso
no
•
Illuminazione
no
•
Aria Climatizzata
si
Consumo Fisso
Stufa Elettrica
Illuminazione
Energia Prodotta -10°est; 20°
14000
12000
Watt
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 17, Produzione e consumo per il 21 Diciembre
Classi di consumo
Possibilità di cambio
•
Consumo Fisso
no
•
Illuminazione
si
•
Riscaldamento
si
58
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.2. Ipotesi di ottimizzazione
Dall’analisi condotta nei grafici contenuti nel capitolo precedente, è evidente che la valorizzazione
dell’energia fotovoltaica si può ottenere in due modi, o attraverso l’ottimizzare dei livelli di consumo
rispetto alla curva di produzione giornaliera oppure, all’inverso, cercando di soddisfare per quanto
possibile i consumi con i livelli di produzione istantanea.
In quest’ultimo caso l’ottimizzazione dei consumi si può ottenere o attraverso una gestione
dell’edificio, i cui consumi giornalieri si adattano ai rispettivi valori di produzione, o attraverso il
contenimento dei consumi energetici che si verificano fuori dalle ore di produzione.
Modificare la gestione dell’edificio risulta difficile all’utente in quanto le ore di apertura dell’esercizio
commerciale, stabilite in base a logiche di profitto economico, ricadono molto al di là delle ore di
radiazione solare soprattutto nei mesi invernali. Nel caso di dicembre per esempio, possiamo vedere
come le ultime quattro ore di apertura dell’edificio coincidono con livelli di produzione nulli. Spostare
gli orari di apertura dell’esercizio commerciale, facendoli coincidere con quelli di produzione,
significherebbe per l’utente avere grosse perdite in termini di guadagno economico non giustificabili
in ai fini del bilancio energetico dell’impianto.
Se quindi per il gestore non è ipotizzabile il fatto di modificare gli orari di apertura, sicuramente è
possibile contenere i livelli di consumo soprattutto nelle ore di bassa produzione energetica. In
particolare, il contenimento dei consumi relativi alla climatizzazione estiva ed invernale, allo scopo di
trattenere il calore in inverno e di dissiparlo in estate, richiederebbe modifiche alle componenti
edilizie dell’edificio. Ma, migliorare le prestazioni termiche dell’edificio al fine di contenere i
consumi significa abbassare il livello globale dei consumi con il quale è stato dimensionato
l’impianto.
Per questo motivo, ai fini della valutazione dello stesso non si ritiene utile attuare una strategia che
punti a modificare i dati di input in quanto farebbe saltare il presupposto principale sul quale si
esegue il bilancio energetico.
La modifica alle curve di produzione giornaliera rappresenta in questo caso la soluzione più idonea in
quanto, a cambiare, non sono i valori globali di produzioni ma solo quelli relativi alla potenza
istantanea generata.
59
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.2.1.
cStrategia d’intervento
La strategia ipotizzata con il fine di valorizzare l’energia elettrica fotovoltaica consiste nella
definizione di una nuova curva di produzione oraria da sovrapporre a quella dei consumi in maniera
da favorire per quanto possibile l’autoconsumo dell’energia elettrica prodotta. In particolare, sarà
ottimizzata per le ore che vanno dal tardo pomeriggio fino a sera, che come abbiamo visto, sono
quelle in cui si registrano i maggiori prelievi dalla rete.
Le nuove curve di produzione oraria giornaliera sono calcolate per una superficie esposta 35° ad ovest
ed con una inclinazione pari a 29°. Tale esposizione ci consente di captare in misura maggiore la
radiazione che si registra nelle ore serali della giornata mantenendo costanti i valori di produzione.
I valori di energia autoconsumata, calcolati a seconda delle curve di produzione, saranno messi a
confronto nei grafici presenti nelle pagine successive ed espressi in valore percentuale rispetto al
totale dei consumi. In questo modo è possibile conoscerne l’incremento dell’energia auto consumata
dovuto alla nuova inclinazione dei moduli.
60
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.2.2.
Stima della radiazione secondo l’orientamento
Nel grafico sotto sono rappresentate le curve di radiazione globale nei giorni 21 Marzo, 21 Giugno,
21 Settembre e 21 Diciembre. Si va da un massimo di 1,1 kWh/m² irradiata nelle ore centrali della
giornata per il mese di Giugno, ad un valore minimo di 0,8 kWh/m² nel mese di Diciembre. I valori
massimi relativi ai mesi di Marzo e Settembre rimangono intorno ad 1 kWh/m².
Bisogna notare che, nel grafico sotto, i valori dell’ora sono riferiti all’ora solare coincidente con
quella in Marzo e Diciembre, mentre a Giugno e a Settembre vige l’ora legale che posticipa l’orario di
un’ora in avanti.
kWh/m²
21-mar
21-jun
21-sep
21-dic
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Grafico 18, Curve di irradianza oraria, località Lecce –IT-
Come si può vedere, la caratteristica di questa curve è quella di avere valori di radiazione
relativamente bassi nelle prime ore di luce della giornata con tangenti alle curve poco inclinate,
mentre nelle ore serali, queste si mantengono più inclinate a causa di una decrescita dei valori molto
più lineare.
Difatti, ruotando l’angolo di azimut di 40° verso ovest, rispetto all’esposizione attuale dei moduli, il
picco di radiazione e quindi quello di produzione si spostano tra le 13:00 e le 14:00.
61
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.2.3.
Incrementi di energia autoconsumata
Nelle pagine successive sono stati sintetizzati, sotto forma di grafici, i valori relativi al bilancio
energetico eseguito per i quattro giorni dell’anno analizzati. In particolare, per ogni giorno sono
riportati quattro tipi di grafico. Il primo, posto in alto in ogni pagina, riguarda l’andamento dei valori
di produzione e consumo di energia elettrica, il secondo, posto in basso a destra riporta invece le
quantità di energia elettrica scambiate, mentre le informazioni contenute negli ultimi due contengono
le variazioni percentuali tra le quantità di energia prelevata eautoconsumata a seconda delle curve di
produzione utilizzate.
Nel primo grafico, riportato in ogni pagina, il livello raggiunto dalle potenze di consumo viene
rappresentato come la somma dei livelli di potenza assorbita da ogni singola categoria di consumo
individuata nel capitolo precedente e visibile nel grafico con colori differenti. I valori di produzione,
invece, sono rappresentati dalle curve di potenza istantanea che l’impianto analizzato è capace di
generare in condizioni ideali di cielo sereno.
Per ogni grafico sono visibili le due curve di produzione relative alle diversa esposizione dei moduli
fotovoltaici. Una, quella attuale, in rosso, coincide con angoli di azimut -10° est e inclinata a 20°,
l’altra, relativa alla proposta effettuata, rappresentata in nero e esposta a 35° ovest e inclinata di 29°
rispetto all’orizzonte.
In questo caso, le curve di produzione rifletteno fedelmente quello che avevamo previsto nel capitolo
precedente per la stima dei valori di radiazione. E’ chiaramente visibile come la nuova curva presenti
valori di produzione energetica più elevati per le ore serali della giornata rispetto alle prime ore del
mattino. E’ proprio questo che ci consente di coprire in misura maggiore, rispetto a quanto fatto
fin’ora una quota parte dei consumi con l’energia prodotta direttamente dall’impianto.
Bisogna notare inoltre che il fatto di aver spostato il picco di produzione energetica nelle prime ore
del pomeriggio non pregiudica il soddisfacimento dei consumi delle prime ore della giornata che si
mantengono comunque su livelli inferiori rispetto alla produzione.
Nel bilancio energetico giornaliero, rappresentato in basso a sinistra di ogni pagina nei grafici in basso
con colori di fferenti sono evidenziati i valori delle quantità di energia immessa, prelevata e
autoconsumata a seconda della esposizione dei moduli.
In questo caso, il valore dell’energia immessa nella rete relativo all’attuale configurazione
dell’impianto non deriva dai volri registrati nel 2010, ma è stato stimato secondo i valori i valori di
produzione calcolati, come per l’altra inclinazione con il software PVGIS.
Questo si è reso necessario al fine di poter eseguire una comparazione basata su valori derivati dalla
stessa fonte.
Infine, dalla comparazione diretta degli ultimi due grafici possiamo leggere le variazioni percentuali
delle quantità di energia prelevata e autoconsumatache insieme, soddisfano il fabbisogno elettrico
dell’edificio.
62
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
21 Marzo
Consumo Fisso
Stufa Elettrica
Illuminazione
Energia Prodotta 35°oest; 29
Energia Prodotta -10°est; 20°
12000
10000
Watt
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 19, Livelli di potenza dell’energia prodotta e consumata il 21 Marzo
Energia Immessa
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
160
28%
140
72%
120
kWh
100
32,3
30
12,6
16,3
63,1
59,6
80
Grafico 20, Energia Consumata, -10°est, 20°
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
60
40
20
35%
65%
0
-10° est, 20°
35° ovest, 29
Grafico 22, Energia scambiata con la rete, 21 marzo
Grafico 21, Energia Consumata, 35° ovest, 29°
63
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
21 Giugno
Consumo Fisso
Illuminazione
Aria Climatizzata
Energia Prodotta -10°est; 20°
Energia Prodotta 35°oest; 29
16000
14000
12000
Watt
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 23, Livelli di potenza dell’energia prodotta e consumata il 21 Giugno
Energia Immessa
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
160
45%
140
33,7
55%
27,9
120
100
27,9
33,7
kWh
Grafico 25, Energia Consumata, -10°est, 20°
80
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
60
40
90,5
81,9
55%
20
45%
0
-10° est, 20°
35° ovest, 29
Grafico 26, Energia scambiata con la rete, 21 Giugno
Grafico 24, Energia Consumata, 35° ovest, 29°
64
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
21 Settembre
Consumo Fisso
Aria Climatizzata
Illuminazione
Energia Prodotta -10°est; 20°
Energia Prodotta 35°oest; 29
14000
12000
Watt
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 27, Livelli di potenza dell’energia prodotta e consumata il 21 Settembre
Energia Immessa
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
160
32%
140
68%
120
30,9
25
14,7
20
kWh
100
80
Grafico 28, Energia Consumata, -10°est, 20°
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
60
40
80,2
74,3
44%
20
56%
0
-10° est, 20°
35° ovest, 29
Grafico 30, Energia scambiata con la rete, 21
Settembre
Grafico 29, Energia Consumata, 35° ovest, 29°
65
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
21 Diciembre
Consumo Fisso
Stufa Elettrica
Illuminazione
Energia Prodotta -10°est; 20°
Energia Prodotta 35°oest; 29
14000
12000
Watt
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Grafico 31, Livelli di potenza dell’energia prodotta e consumata il 21 Diciembre
Energia Immessa
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
160
27%
140
73%
120
kWh
100
Grafico 33, Energia Consumata, -10°est, 20°
80
60
Energia Prelevata
46,7
46,7
17,6
17,6
20,9
22,1
-10° est, 20°
35° ovest, 29
40
Energia Autoconsumata
27%
20
73%
0
Grafico 32, Energia scambiata con la rete, 21 Dicembre Grafico 34, Energia Consumata, 35° ovest, 29°
66
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
6.3. Risultati
Il bilancio energetico effettuato, relativamente all’incremento della quantità di energia elettrica
autoconsumata nei quattro giorni dell’anno presi in esame, ci consente di effettuare attraverso una
serie di semplificazioni, un nuovo bilancio energetico annuale in merito alle quantità di energia
scambiata con la rete.
Al fine di valutare le variazioni annuali di energia autoconsumata, i valori giornalieri calcolati nel
capitolo precedente sono stati utilizzati come valori promedi per il mese preso in esame.
Moltiplicando tali valori per il numero dei giorni di apertura dell’esercizio commerciale, 24 in questo
caso, si ottengono i valori mensili di energia autoconsumata relativi alla nuova esposizione dei
moduli.
Nella tabella 2, sono sintetizzati tali valori per i mesi di marzo, giugno, settembre e dicembre ed è
indicata inoltre la loro quota parte percentuale dell’energia consumata in totale.
Mese
Periodo
Energia
Consumata
kWh
marzo
giugno
settembre
dicembre
Energia Autoconsumata
35°, 29°
-10°, 20°
kWh
%
kWh
%
∆
kWh
%
dia
44,94
12,6
28%
16,2
36%
3,6
8%
mese
1150
201,0
17%
288,5
25%
87,5
8%
dia
61,6
27,9
45%
33,7
55%
5,8
9%
mese
1460
493,0
34%
632,7
43%
139,7
10%
dia
45,09
14,7
33%
20,1
44%
5,4
12%
mese
1116
202,0
18%
330,5
30%
128,5
12%
dia
64,3
17,6
27%
17,6
27%
0,0
0%
mese
1562
235,0
15%
235,0
15%
0,0
0%
Tabella 4, Calcolo delle variazioni percentuali giornaliere e mensili dell’energia autoconsumata.
Possiamo dunque rilevare che le principali variazioni mensili di energia autoconsumata, ottenute dalla
modifica all’attuale esposizione dei moduli, sono:
•
Marzo
+ 8%
•
Giugno
+ 10%
•
Settembre
+ 12%
•
Dicembre
0%
Al fine di completare il bilancio annuale, è necessario conoscere le variazioni percentuali anche degli
altri mesi per i quali non è stato effettuato nessun bilancio.
Questi sono stati stimati attraverso l’approssimazione grafica della curva corrispondente ai valori
percentuali mensili di energia autoconsumata che, passante per i valori relativi agli incrementi
calcolati per i mesi di marzo, giugno, settembre e dicembre, si avvicina alla curva realizzata con i
67
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
valori mensili del 2010. Moltiplicando quest’ultimi per l’energia consumata mensilmente è possibile
esprimere in kWh le quantità mensili di energia autoconsumata.
Nel grafico in basso, la curva evidenziata in nero, rappresenta le percentuali mensili di energia
autoconsumata nel 2010, secondo l’attuale inclinazione dei moduli, mentre quella in rosso rappresenta
i valori stimati per la nuova inclinazione. Come possiamo vedere, gli incrementi maggiori si
registrano per i mesi da marzo a settembre, con incrementi compresi tra l’otto e il dodici %, mentre
quelli minimi sono stati stimati per i mesi invernali, quando le poche ore di luce della giornata non
garantiscono una produzione energetica sufficiente a coprire i consumi registrati soprattutto nelle ore
pomeridiane e serali della giornata.
-10°, 20°
35°, 29°
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
Grafico 18, Curve dei valori percentuali dell’energia autoconsumata
Tali valori, così calcolati, sono riportati nella tabella allegata.
Mese
Energia
Consumata
kWh
Energia Autoconsumata
35°, 29°
-10°, 20°
kWh
%
kWh
%
∆
kWh
%
gen
1577
210
13%
220,78
14%
10,78
1%
feb
1399
229
16%
265,81
19%
36,81
3%
mar
1150
201
17%
287,5
25%
86,5
8%
apr
1002
221
22%
310,62
31%
89,62
9%
mag
936
235
25%
346,32
37%
111,3
12%
giu
1460
493
34%
627,8
43%
134,8
9%
lug
3197
1536
48%
1822,29
57%
286,3
9%
ago
2459
1114
45%
1278,68
52%
164,68
7%
set
1116
202
18%
334,8
30%
132,8
12%
ott
1247
224
18%
286,81
23%
62,81
5%
nov
1304
179
14%
234,72
18%
55,7
4%
dic
1562
235
15%
234,3
15%
-0,7
0%
tot. Annuale
18409
5079
28%
6250
34%
1171
6%
Tabella 5, Stima degli incrementi percentuali dell’energia auto consumata mensilmente
68
Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
A questo punto, conoscendo le quantità di energia elettrica prodotta e autoconsumata nelle due diverse
esposizioni dei moduli, è possibile effettuare il bilancio annuale delle quantità di energia scambiata
con la rete.
Il rapporto tra le quantità, visibile nei grafico in basso, ci consente di affermare che l’incremento
percentuale della quota annuale dell’energia autoconsumata, necessaria al soddisfacimento del
fabbisogno elettrico dell’edificio, dovuta alla differente inclinazione dei moduli è pari al 6% in più
rispetto a quella registrata nel 2010.
Energia Immessa
Energia Autoconsumata
Energia Prelevata
45000
40000
35000
13330
12158
5079
6250
23209
23739
-10° est, 20°
35° ovest, 29
Watt
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Grafico 35, Bilancio annuale secondo l’inclinazione
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
28%
Energia Prelevata
Energia Autoconsumata
34%
72%
Grafico 37, Composizione dell’energia consumata
per esposizione –10° est,e inclinazione 20°
66%
Grafico 36, Composizione dell’energia consumata
per esposizione 35° ovest,e inclinazione 29°
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
7. Conclusioni
Il tentativo di valorizzare l’energia elettrica prodotta dall’impianto attraverso l’autoconsumo coincide
con l’esigenza di ridurre al minimo le quantità di energia elettrica scambiata ovvero quella immessa e
quella prelevata.
La strategia attuata ha permesso di stimare intorno al 6% annuo l’incremento della quantità di energia
autoconsumata dall’utente, equivalente ad una riduzione dell’energia prelevata di 1200 kWh all’anno.
Una valutazione piu obbiettiva richiede però un’analisi un po più dettagliata dei risultati ottenuti.
Nella maggior parte dei casi, l’ incremento di energia autoconsumata è relativo al soddisfacimento dei
consumi per la climatizzazione estiva, che si verificano soprattutto nelle ore del tardo pomeriggio dei
mesi estivi. In questo caso infatti, la curva di produzione generata dalla diversa orientazione dei
moduli raggiunge valori di potenza maggiori, rispetto alla precedente, di circa 2,5 kW riusciendo a
coprire quasi la metà delle potenze utilizzate e a incrementare i valori di energia autoconsumata del
12% . Nei mesi nestivi quindi, al fine di valorizzare ulteriormente l’energia prodotta dall’impianto
sarebbe necessario, ridistribuire, in base ai valori di produzione, i picchi di consumo mantenendoli al
di sotto della curva di produzione. In termini architettonici, questo vuol dire modificare le
caratteristiche fisiche delle componenti dell’edificio nonché la risposta termica dello stesso.
Per i mesi invernali, invece, indipendentemente dalla inclinazione dei pannelli risulta difficile
ottimizzare l’energia prodotta in quanto la maggior parte dei consumi, relativi all’illuminazione e al
riscaldamento dell’edificio, ricadono nelle ore in cui i valori di radiazione solare sono nulli.
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
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Bilancio energetico di un impianto fotovoltaico connesso alla rete in regime di Scambio sul Posto
8. Bibliografia
GELLETI, Raffaella TOMASINSIG Elisa
La tecnologia fotovoltaica
Stato dell’arte e potenzialità di impiego nei processi produttivi.
CETA - Centro di Ecologia Teorica ed Applicata. Padriciano, Trieste. 2011
FALK, Antony DURSCHNER, Christian REMMERS Karl Heinz
Il fotovoltaico per professionisti
Vendita progettazione e montaggio di impianti fotovoltaici
Tecnospot. Brunico. 2006
Solar Energy Report 2011
Il sistema industriale italiano nel business dell’energia solare
Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Gestionale. Milano. 2011
Guida agli incentivi per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili
GSE - Gestore dei servizi eneregetici. Roma. 2011
Rapporto statistico 2010
Solare fotovoltaico
a cura di Direzione Studi, Statistiche e Servizi Specialistici – GSE. Roma. 2011
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