Antonello Greco Progettare e costruire un impianto fotovoltaico - nozioni base - a Miriam e Maria 3 L’Autore Classe 1968, torinese. Perito Industriale con abilitazione professionale. Impiegato tecnico. Direttore del “Notiziario AIEL IRPAIES” - Organo ufficiale di informazione tecnica dell’UNAE - Istituto Nazionale di Qualificazione delle Imprese d'Installazione di Impianti (www.unae.it). Socio Cei e Membro del CT 64. Socio AEIT e Consigliere della Sezione di Torino. Collabora con il Perito Informa, il Giornale dell’Installatore Elettrico, Voltimum e altre riviste tecniche. Ha pubblicato una monografia sui Cantieri Edili con Panorama Elettrico e un e-book sulle Verifiche negli edifici residenziali con il Giornale dell’Installatore Elettrico. 4 Gennaio, 2017. “Progettare e costruire un impianto fotovoltaico - nozioni base” è dedicato a chi vuole diventare un installatore o un manutentore di impianti fotovoltaici. Attraverso un linguaggio semplice sono affrontati gli argomenti fondamentali necessari ad apprendere le nozioni base. Lo scopo non è quello di essere esaustivi su tutti gli aspetti che riguardano gli impianti fotovoltaici, ma fornire a giovani e meno giovani le informazioni indispensabili per progettare e costruire un impianto fotovoltaico, per un successivo approfondimento. Il libro è dedicato a chi ha già installato impianti fotovoltaici o pensa di farlo presto, a chi desidera ampliare le proprie conoscenze e a chi è appena arrivato nel nostro paese per lavorare in questo settore. Buon lavoro, Antonello Greco. 5 6 Indice Capitolo 1 Richiami di elettrotecnica 2 Sicurezza elettrica 3 Energia solare 4 Impianti fotovoltaici 5 Incentivi 6 10 + 1 domande sugli impianti fotovoltaici Pagina 9 25 39 47 63 71 Appendice A Il Sistema Internazionale delle Unità (SI) Un raggio di Sole Pagina 75 80 Alla fine di ogni capitolo è presente una scheda di autovalutazione. 7 8 Capitolo 1 Richiami di elettrotecnica L’elettricità è una forma di energia che può essere facilmente convertita in altre forme di energia, come ad esempio il calore, la luce, l’energia meccanica. La fisica ci spiega che l’elettricità si manifesta con fenomeni di attrazione e repulsione tra corpi dotati di carica elettrica. Per aiutare nella comprensione alcuni termini sono riportati in inglese, francese e spagnolo. 9 Che cos’è la corrente elettrica? In un circuito elettrico chiuso, si parla di corrente elettrica per indicare il flusso di cariche elettriche. L’intensità di corrente elettrica si indica con I e l’unità di misura è l'ampere, simbolo A. L'intensità di corrente è misurata con l’amperometro inserito in serie nel circuito. «Cariche elettriche di segno uguale si respingono; cariche elettriche di segno opposto si attraggono». Electric current is a flow of electric charge Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique (électrons) La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material 10 Che cos’è la tensione? In un circuito elettrico, la circolazione della corrente è causata dalla differenza di potenziale (tensione) esistente fra due estremi. Come in un circuito idraulico l’acqua scendere dall’alto verso il basso, in un circuito elettrico la corrente circola dal potenziale superiore a quello inferiore. Il simbolo utilizzato per la tensione è U e l’unità di misura è il volt, simbolo V. La tensione è misurata con il voltmetro inserito in parallelo all'elemento del quale si vuole misurare la differenza di tensione. Potential difference: difference between the electric potentials at two points Différence de potentiel: différence entre les potentiels électriques en deux points Diferencia de tensión ó voltaje: diferencia potencial que hay entre dos puntos 11 Che cosa significa che un circuito è in corrente continua? Che nel circuito le cariche elettriche (elettroni) seguono sempre nello stesso percorso. In un diagramma vettoriale, la corrente continua è rappresentata da una retta parallela alle ascisse (asse x del tempo). Direct current: electric current that is time-independent or, by extension, periodic current the direct component of which is of primary importance Courant continu: courant électrique indépendant du temps ou, par extension, courant périodique dont la composante continue est d'importance primordiale Corriente continua: no varía su valor en función del tiempo 12 Che cosa significa che un circuito è in corrente alternata? Che nel circuito le cariche elettriche (elettroni) cambiano continuamente senso (percorso). In un diagramma vettoriale, la corrente alternata è rappresentata una sinusoide, la cui frequenza è di 50 Hz. La frequenza indica il numero di variazioni che si ripetono in un secondo. Alternating current: electric current that is a periodic function of time with a zero direct component or, by extension, a negligible direct component Courant alternatif: courant électrique qui est une fonction périodique du temps à composante continue nulle ou à composante continue négligeable Corriente alterna: cambia de polaridad cíclicamente siendo alternativamente positiva y negativa respectivamente 13 Che cos’è la resistenza elettrica? L’ostacolo che il conduttore oppone al passaggio della corrente elettrica nel circuito elettrico. Il valore della resistenza dipende dal materiale del conduttore, è direttamente proporzionale alla sua lunghezza (l) ed inversamente proporzionale alla sua sezione (S). Il valore della resistenza varia con la temperatura: nei metalli cresce all'aumentare della temperatura. Il simbolo utilizzato per indicata la resistenza elettrica è R e l’unità di misura è l’ohm, simbolo Ω. La resistenza è misurata inserendo in parallelo all'elemento del quale si vuole misurare la resistenza un ohmmetro. Resistance: opposition to the passage of an electric current through the conductor Résistance: propriété de ralentir le passage d'un courant électrique dans un conducteur Resistencia: oposición que presenta un material a ser atravesado por la electricidad 14 Che differenza c’è fra un circuito serie ed uno parallelo? Per rispondere alla domanda facciamo un esempio con due resistenze. La figura indica due resistenze in serie. Dal punto di vista matematico, due resistenze in serie oppongono una resistenza totale al passaggio della corrente pari alla somma delle due resistenza R1 e R2. series circuit circuit série circuito en serie 15 Nel caso di collegamento in parallelo, il reciproco della resistenza equivalente a diverse resistenze in parallelo è uguale alla somma dei reciproci delle singole resistenze. parallel circuit circuit parallèle circuito en paralelo 16 Che cos’è la legge di Ohm? In corrente continua, la legge di Ohm è la relazione che stabilisce il legame fra la tensione, la corrente e la resistenza elettrica In un circuito elettrico, l’intensità di corrente è direttamente proporzionale alla tensione applicata ed inversamente proporzionale alla resistenza del circuito. In corrente alternata, l’opposizione al passaggio della corrente nel circuito è chiamata impedenza Z e descrive i fenomeni elettromagnetici provocati da induttanze (L) e capacità (C). Ohm's law: the voltage at the terminals of an ideal resistor is proportional to the current in the resistor Loi d'Ohm: la tension aux bornes d'une résistance idéale est proportionnelle au courant qui y circule Ley de Ohm: la corriente eléctrica de un circuito depende de la tensión aplicada y de la resistencia del conductor 17 Che cos’è la legge di Joule? La legge di Joule mette in relazione il calore prodotto con la corrente circolante nel conduttore. In un conduttore, la potenza dissipata in calore dalla corrente circolante è direttamente proporzionale alla resistenza del conduttore ed al quadrato della corrente stessa. P = R ∙ I2 La potenza elettrica esprime la quantità del lavoro elettrico compiuto o trasformato nell’unità di tempo. Il simbolo utilizzato per indicare la potenza è la lettera P e l’unità di misura è il watt, simbolo W. La potenza è misurata con il wattmetro. Joule effect Effet Joule Efecto Joule 18 Che cos’è la potenza attiva? Parlando di potenza, in un circuito in corrente alternata possiamo distinguere: Potenza attiva: potenza assorbita dagli apparecchi utilizzatori o generata dai generatori; Potenza reattiva: potenza scambiata nel circuito fra il campo elettrico e/o magnetico ed il resto del circuito; Potenza apparente: prodotto del valore efficace della tensione per il valore efficace della corrente. La reattanza è quella parte dell’impedenza che tiene conto degli effetti causati dalla presenza delle induttanze e/o delle capacità (condensatori) nel circuito. L'induttanza è la proprietà dei circuiti elettrici per cui una corrente che attraversa un circuito elettrico induce una forza elettromotrice che si oppone alla variazione dell'intensità della corrente stessa (legge di Lenz). La capacità rappresenta l’attitudine di un conduttore ad aumentare il proprio potenziale elettrico. Active power, Reactive power, Apparent power Puissance active, Puissance réactive, Puissance apparente Potencia activa, Potencia reactiva, Potencia aparente 19 Che cos’è l’energia elettrica? L’energia elettrica rappresenta l'energia messa in gioco dalle cariche in intervallo di tempo ovvero la quantità di elettricità che attraversa un circuito nell'intervallo di tempo. In un diagramma vettoriale l’energia elettrica rappresenta l’area. Il simbolo utilizzato per l’energia elettrica è W, unità di misura watt per ora, simbolo Wh. La misura dell’energia elettrica è effettuata con i contatori. Active Energy Énergie active Energía 20 Che cos’è il rendimento? In una macchina elettrica, il rendimento rappresenta il rapporto fra la potenza resa (al netto delle perdite) e quella assorbita. Il rendimento si indica con la lettera greca . Potenza resa Potenza assorbita Per un generatore elettrico il rendimento è il rapporto fra la potenza erogata e la potenza generata. Il rendimento ha sempre valore inferiore a 1 (macchina ideale) e può essere espresso in forma percentuale. Nelle reti elettriche in corrente alternata, l’energia elettrica prodotta dai generatori è trasferita ai circuiti con differente livello di tensione per mezzo dei trasformatori. La conversione della corrente continua in corrente alternata monofase o trifase è attuata dagli inverter. Efficiency Rendement Rendimiento 21 Che cosa rappresenta il campo elettrico? Qualsiasi conduttore elettrico in tensione produce un campo elettrico E. L' intensità del campo elettrico si misura in volt per metro (V/m). Il movimento delle cariche elettriche in un conduttore o solenoide genera un campo magnetico H. L'intensità del campo magnetico si misura in ampere per metro (A/m) Il campo elettromagnetico è costituito dalla combinazione del campo elettrico e del campo magnetico. Le onde elettromagnetiche sono una forma di propagazione dell'energia nello spazio per le quali c'è bisogno di un mezzo. Electric field strength, magnetic field strength (magnetizing field strength) Electromagnetic field, Electromagnetic wave Champ électrique, Champ magnétique (excitation magnétique) Champ électromagnétique, Onde électromagnétique Intensidad de campo eléctrico, Intensidad de campo magnético Campo electromagnético, Onda electromagnética 22 Che cos’è una fonte rinnovabile? L’energia elettrica è prodotta dai generatori trasformando diverse fonti di energia (termica, meccanica, chimica). Le fonti di energia possono dividersi in due insiemi: Fonti rinnovabili (o fonti alternative) : solare, idroelettrico, eolico, geotermia, biomasse; Fonti tradizionali (non rinnovabili): carbone, petrolio, metano. I generatori possono essere a induzione (dinamo e alternatore) o elettrochimici (pile e celle a combustione). I moduli fotovoltaici sono generatori statici in grado di convertire direttamente la luce solare in energia elettrica (generatore di corrente). Renewable energy: biofuel, Biomass , Geothermal, Hydropower, Solar energy , Tidal power, Wave power ,Wind power Énergie renouvelable: solaire, photovoltaïque, éolienne, hydraulique, biomasse, géothermique Energía renovable: eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, undimotriz, biomasa, biocombustibles 23 Scheda di autovalutazione 1. Che cos’è la corrente elettrica? a. il flusso di cariche elettriche in un materiale conduttore b. l’unità di misura della potenza c. il lavoro compiuto dalle cariche elettriche nei circuiti 2. Che cos’è la differenza di potenziale? a. l'unità di misura della tensione b. la differenza di corrente fra due punti del circuito c. la differenza di potenziale fra due punti del circuito 3. Che differenza c’è fa corrente continua e corrente alternata? a. la corrente continua indica che nel circuito c’è sempre corrente, mentre quella alternata indica che la corrente in alcuni momenti non c’è (è nulla) b. la corrente continua non varia nel tempo, mentre la corrente alternata cambia continuamente senso c. la corrente continua cambia senso continuamente 4. Che cos’è la resistenza? a. l’ostacolo che un conduttore oppone al passaggio della corrente b. un altro modo di chiamare la tensione c. un tipo di condensatore 5. È vero che un conduttore dissipa calore? a. no, un conduttore non si scalda mai b. sì, ma solo se è attraversato dalla corrente elettrica c. sì, sempre 6. Che cos’è la potenza attiva? a. la potenza assorbita dagli apparecchi utilizzatori b. la potenza generata dai condensatori c. il rendimento di un motore elettrico 24 Capitolo 2 Sicurezza elettrica Un impianto elettrico è sicuro se garantisce la sicurezza delle persone e delle cose. La corrente elettrica, infatti, può essere causa di effetti pericolosi per l’uomo, in quanto è in grado di agire sui vasi sanguinei e sulle cellule nervose, sul sistema cardiaco, sull’attività cerebrale, sul sistema nervoso centrale; può provocare danni all’apparato uditivo e/o visivo, danni all’epidermide (effetti fisiopatologici). In questo capitolo analizzeremo le prescrizioni di sicurezza da adottare al fine di garantire la protezione dagli shock elettrici. Per aiutare nella comprensione alcuni termini sono riportati in inglese, francese e spagnolo. 25 Che cos’è un contatto diretto? Il contatto diretto si verifica quando una persona tocca direttamente una parte attiva dell’impianto elettrico. Per parte attiva si intende ogni conduttore o parte conduttrice che è in tensione, compreso il conduttore di neutro. Direct contact: electric contact of persons or animals with live parts Contact direct: contact électrique de personnes ou d'animaux avec des parties actives Contacto directo: contacto de personas con partes activas de los materiales y equipos 26 Che cos’è un contatto indiretto? Se il contatto con le parti attive avviene tramite una massa in tensione a causa di un guasto, si parla di contatto indiretto. Per massa si intende la parte conduttrice di un componente elettrico che può essere toccata e che normalmente non è in tensione, ma può esserlo in caso di guasto (ad esempio il guscio della lavatrice). Indirect contact: electric contact of persons or animals with exposed-conductive-parts which have become live under fault conditions Contact indirect: contact électrique de personnes ou d'animaux avec des parties conductrices accessibles mises sous tension à la suite d'un défaut Contacto indirecto: contacto de personas con masas puestas accidentalmente en tensión 27 Che cos’è una massa estranea? Per alcuni impianti le norme tecniche richiedono di proteggere le persone dal contatto con le masse estranee ovvero dalle parti conduttrici che non fanno parte dell’impianto elettrico, ma che sono in grado di introdurre un potenziale. Generalmente, sono da considerate masse estranee le parti metalliche non facenti parte dell’impianto elettrico che presentano verso terra un valore di resistenza inferiore a 1.000 Ω. Extraneous-conductive-part Élément conducteur étranger Elemento conductor ajeno 28 Come si proteggono le persone dai contatti elettrici? La protezione contro i contatti diretti (basic protection) si esegue: isolando le parti attive, utilizzando involucri e/o barriere (protezione totale); attraverso ostacoli e/o distanziamento dalle parti attive (protezione parziale); installando interruttori differenziali con corrente nominale differenziale non superiore a 30 mA (protezione addizionale). La protezione contro i contatti indiretti (fault protection) si esegue: con l’interruzione automatica dell’alimentazione; realizzando i collegamenti equipotenziali; utilizzando componenti elettrici di Classe II; attraverso luoghi non conduttori con collegamento equipotenziale locale non connesso a terra; con la separazione elettrica. La protezione combinata contro i contatti diretti e indiretti si attua con l’alimentazione dei componenti elettrici con sorgenti a bassissima tensione (SELV o PELV), la cui tensione nominale non è superiore a 50 V. Basic protection Fault protection Protection principale Protection en cas de défaut Protección principal Protección en caso de defecto 29 Che cosa sono i componenti elettrici? In un impianto elettrico, il termine componente elettrico indica i componenti dell’impianto e gli apparecchi utilizzatori. I componenti dell’impianto sono tutti gli elementi utilizzati per la produzione, trasformazione, trasmissione o distribuzione dell’energia elettrica, come le macchine elettriche, i trasformatori, le apparecchiature, gli strumenti di misura, gli apparecchi di protezione e le condutture. Un apparecchio utilizzatore è un apparecchio che trasforma l’energia elettrica in un’altra forma di energia, per es. luminosa, calorica e meccanica. I componenti elettrici si classificano in: Classe: 0 I II III Un componente in Classe II ha un isolamento doppio o rinforzato e non è collegato al conduttore di protezione. Class II equipment Matériel de classe II Material de clase II 30 Che cos’è il collegamento equipotenziale? Il collegamento equipotenziale è un collegamento elettrico fra masse e masse estranee allo scopo di metterle allo stesso potenziale. EQP: collegamento equipotenziale principale EQS: collegamento equipotenziale supplementare Equipotential bonding: provision of electric connections between conductive parts, intended to achieve equipotentiality Liaison équipotentielle: mise en oeuvre de liaisons électriques entre parties conductrices pour réaliser l'équipotentialité Conexión equipotencial: unión permanente de partes metálicas para formar un trayecto eléctricamente conductivo que asegure la continuidad eléctrica y la capacidad para conducir con seguridad cualquier corriente impuesta 31 Che cos’è un interruttore differenziale? L’interruttore differenziale è un dispositivo di protezione utilizzato per proteggere le persone contro i contatti indiretti. Negli impianti elettrici alimentati dalla rete del distributore in bassa tensione (cioè con tensione fino a 1.000 V), la protezione contro i contatti indiretti è attuata con l’interruzione automatica del circuito. A tal fine è necessario: realizzare un impianto di protezione (impianto di terra) a cui collegare tutte le masse e le masse estranee, installare un interruttore differenziale al fine di evitare tensioni pericolose sulle masse, affinché: RE · Idn ≤ UL dove: RE Idn UL è la resistenza del dispersore in ohm; è la corrente nominale differenziale in ampere; è la tensione di contatto limite convenzionale stabilita in 50 V in corrente alternata e 120 V in corrente continua non modulata. Residual current device – RCD Dispositif (de coupure) différentiel, dispositif (à courant) différentiel residue – DDR Interruptor diferencial 32 Che differenza c’è fra un interruttore differenziale e un interruttore magnetotermico? L’interruttore differenziale è un dispositivo in grado di rilevare piccole differenze fra le correnti che circolano in un circuito e, quindi, di rilevare anche piccole dispersioni. In genere gli interruttori differenziali sono utilizzati per la protezione: contro i contratti indiretti (interruzione automatica del circuito), in associazione con l’impianto di terra; addizionale contro i contatti diretti; contro l’innesco di un incendio (luoghi a maggior rischio in caso di incendio). L’interruttore magnetotermico è un dispositivo che protegge gli impianti ed i componenti elettrici dalle sovracorrenti (sovraccarico e cortocircuito). L’interruttore è composto uno sganciatore termico (bimetallo) che interviene con una caratteristica a tempo inverso (maggiore è la corrente, minore il tempo di intervento) e da uno sganciatore magnetico che interviene con caratteristica a tempo indipendente ovvero interviene (in tempi brevi) quando la corrente supera il valore di soglia. 33 Che cos’è il grado IP? È un codice utilizzato per classificare i componenti elettrici in base a: Protezione contro la penetrazione di corpi solidi estranei - prima cifra; Protezione contro la penetrazione di acqua con effetti dannosi seconda cifra; Protezione contro l’accesso a parti pericolose - terza lettera (opzionale); Informazioni supplementari relative alle apparecchiatura per alta tensione (H), prova con acqua con attrezzatura in moto (M), prova con acqua con attrezzatura non in moto (S) e condizioni atmosferiche (W) - quarta lettera (addizionale). In alcuni ambienti, come ad esempio i locali contenenti bagni e docce, la norma prescrive i seguenti gradi di protezione minimi dei componenti: nella zona 0: IPX7 nella zona 1: IPX4 nella zona 2: IPX4. Degree of protection of enclosure – IP Degré de protection procuré par une enveloppe – IP Grado de protección IP 34 A cosa serve la marcatura CE? Tutti i componenti elettrici sono contrassegnati dalla marcatura CE. Si tratta di una marcatura che attesta che il costruttore ha rispettato i requisiti base previsti dalla legislazione europea per il prodotto (es. Direttiva macchine). Su alcuni componenti compare anche il marchio IMQ. Si tratta un marchio aggiuntivo concesso dall’Istituto del Marchio di Qualità per certificare la conformità del componente elettrico ad una specifica norma tecnica. 35 Che colore deve avere il conduttore di neutro? In un impianto elettrico i conduttori hanno un colore differente a secondo della funzione loro riservata. Per l’identificare il conduttore di neutro, la norma riserva il blu. Per il conduttore di protezione (che collega le masse degli apparecchi utilizzatori all’impianto di terra) è ammessa un’unica combinazione di colore, il bicolore giallo/verde; pertanto questa combinazione non deve essere usata per altri scopi. La verifica del rispetto di queste prescrizioni è riservata all’esame a vista, di cui parleremo nelle prossime lezioni. Per i conduttori di fase la norma consiglia i colori nero, marrone e grigio. Sono considerati conduttori attivi i conduttori di fase e quelli di neutro. Neutral conductor, Protective conductor PE, Line conductor Conducteur de neutre, conducteur de protection PE, Conducteur de ligne Conductor neutro, Conductor de protección (PE), Conductor de fase/línea 36 Come si proteggono i conduttori? In un impianto elettrico, i conduttori sono scelti (portata, IZ) in base alla corrente che deve circolare nel circuito (corrente di impiego, IB). Al fine di proteggere le condutture dalle correnti che superano la portata (sovracorrente), è necessario installare dispositivi di protezione (interruttori magnetotermici, fusibili), che rispettino le seguenti condizioni: IB ≤ In ≤ Iz e If ≤ 1,45 Iz dove: IB Iz In If è la corrente di impiego del circuito (che può fluire in un circuito nel servizio ordinario); è la portata in regime permanente della conduttura; è la corrente nominale del dispositivo di protezione; è la corrente che assicura l’effettivo funzionamento del dispositivo di protezione entro il tempo convenzionale in condizioni definite (corrente convenzionale di funzionamento). I valori di If sono definiti dalle norme di prodotto Proteggere la condutture contro i cortocircuiti, significa proteggerla dalle sovracorrenti che si verificano in caso di un guasto in un impianto con valore di impedenza trascurabile. 37 Che cos’è l’impianto di terra? La protezione contro i contatti indiretti si realizza con l’interruzione automatica dell’alimentazione (protezione attiva). Per limitare la tensione pericolosa sulle masse (in caso di guasto) è necessario che l’interruttore differenziale apra automaticamente il circuito e l’impianto di terra abbia un valore inferiore a: RE · Idn ≤ UL dove: RE Idn UL è la resistenza del dispersore in ohm; è la corrente nominale differenziale in ampere; è la tensione di contatto limite convenzionale. In altre parole, l’impianto di terra serve a far circolare la corrente di guasto verso il terreno, al fine di consentire l’intervento del dispositivo di protezione (interruttore differenziale). Un impianto di terra è costituito principalmente: dispersore di terra (naturali - ferri di armatura e artificiali intenzionali - picchetti); collegamento equipotenziale (principale e supplementare); conduttore di protezione. Earthing arrangement/Grounding arrangement Installation de mise à la terre Instalación de puesta a tierra 38 Miscellanea Sezione minima dei conduttori: 1,5 mm2 per le condutture fisse (circuiti di potenza) costituite da cavi con conduttori in rame. Sezione minima del montante (che collega il contatore all’unità abitativa): non deve essere inferiore a 6 mm2. Sfilabilità dei cavi: il diametro interno dei tubi protettivi di forma circolare deve essere almeno pari a 1,5 volte il diametro del cerchio circoscritto al fascio di cavi che essi sono destinati a contenere, con un minimo di 16 mm. Comando di emergenza: serve a mettere fuori tensione un circuito elettrico, in caso di pericolo (ad esempio shock elettrico). Arresto di emergenza: Comando inteso ad arrestare i movimenti pericolosi. Comando funzionale: comando destinato alla chiusura, apertura o variazione dell’alimentazione di un componente elettrico o di una qualsiasi parte dell’impianto, per il funzionamento ordinario. Sezionamento: funzione che contribuisce a garantire la sicurezza del personale incaricato di eseguire lavori, riparazioni, localizzazione di guasti o sostituzione di componenti elettrici, su o in vicinanza di parti attive. Illuminazione di sicurezza: serve a ridurre i pericoli dovuti all’interruzione dell’illuminazione ovvero evitare il panico delle persone in un luogo affollato, permettendo di raggiungere le vie di esodo, e impedire gli infortuni. Corrente di guasto a terra: corrente di guasto che si chiude attraverso l’impianto di terra. Persona addestrata: persona con istruzione, conoscenza ed esperienza (persona esperta), o avvisata da persone esperte in grado di evitare i pericoli che l’elettricità può creare (persona avvertita). 39 Scheda di autovalutazione 1. Che cos’è una parte attiva? a. ogni conduttore o parte conduttrice che è in tensione b. il conduttore di protezione c. un dispositivo di protezione 2. Che cos’è la massa estranea? a. un componente senza parti elettriche b. una massa di materiale isolante c. una parte conduttrice in grado di introdurre un potenziale 3. Che cosa significa «basic protection»? a. protezione delle persone contro i contatti elettrici b. protezione contro i contatti diretti c. protezione contro i contatti indiretti 4. Che cos’è un componente in Classe II? a. un componente senza parti elettriche b. un componente con isolamento doppio o rinforzato c. un componente per la bassissima tensione 5. Qual è il valore massimo della bassa tensione? a. 380 V b. 1.000 V c. 230 V 6. Che cos’è la portata di un conduttore? a. la corrente nominale del conduttore b. la massima corrente che può percorrere un conduttore c. la corrente nominale del fusibile 7. A cosa serve il conduttore di protezione? a. a proteggere gli apparecchi elettrici dai guasti b. a collega a terra le masse dei componenti elettrici c. a far funzionare i motori elettrici 40 Capitolo 3 Energia solare L'energia prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole è chiamata energia solare. Il Sole è in grado di irradiare sulla Terra una grandissima quantità di energia, circa 10.000 volte di più del fabbisogno mondiale di energia. Da sempre l’uomo ha cercato di sfruttare questa energia. Archimede (matematico e fisico greco, 287 212 a.C.) è stato il primo a sfruttare l’energia solare. Come noto, riuscì a concentrare i raggi solari mediante specchi per produrre calore, in occasione della difesa di Siracusa dall’invasione di Roma. I primi tentativi di captare le onde radio del Sole risalgono, però, alla fine del secolo XIX. La spiegazione dell'effetto fotoelettrico è avvenuto nel 1905 ad opera di Albert Einstein, grazie alla quale gli sarà assegnato il Premio Nobel per la Fisica nel 1921. I primi dispositivi fotovoltaici basati sull’utilizzo del Silicio risalgono al 1940; la prima applicazione e del 1954. 41 Che cosa sono le radiazioni elettromagnetiche? L’irraggiamento dell’energia solare avviene sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. La lunghezza d’onda delle radiazioni elettromagnetica è compresa fra 0,3 μm e 3 μm e corrispondente all’emissione di un corpo nero portato a 5.780 K (1 K corrisponde a circa 273° C). Alcune di queste radiazioni sono percepite dall’uomo e prendono il nome di luce visibile. La radiazione visibile è compresa fra i 0,38 μm ed i 0,78 μm e corrisponde a circa la metà dell’intensità energetica totale. La radiazione solare che raggiunge il suolo terrestre è attenuata per effetto dell’atmosfera (fenomeni di diffusione e assorbimento). La potenza della radiazione solare prima delle modificazioni da parte dell’atmosfera terrestre è definita costante solare Go e vale circa 1,353 kW/m². Solar constant Constante solaire Constante solar 42 Quanta energia si produce con il Sole? Studi recenti quantificano in circa 200 W/m² (latitudini europee) la potenza trasmessa ogni istante dal Sole sulla superficie terrestre. L'energia trasmessa annualmente in Italia per effetto della radiazione diretta e diffusa sul piano orizzontale è compresa fra 1.400 kWh/m2, nelle regioni settentrionali, e 1.700 kWh/m2, nelle regioni meridionali. Per valutare le prestazioni e la convenienza di dispositivi ad energia solare è necessario conoscere la radiazione solare media disponibile localmente. Con il termine irraggiamento solare si indica la potenza solare incidente su una superficie di area unitaria (W/m2). L’albedo è il rapporto fra la radiazione riflessa da una superficie e quella incidente su di essa, mediato su tutte le lunghezze d’onda. (Electromagnetic) radiation Rayonnement (éIectromagnétique) Radiación electromagnética 43 Dove si ricava il valore della radiazione solare? Il valore della radiazione incidente sulla superficie orizzontale in una località è disponibile attraverso tabelle o mappe. Fra quelle più in uso si segnalano i valori pubblicati sul Web dal PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System all’indirizzo: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis Recentemente anche Google ha lanciato un’applicazione online (denominata Project Sunroof) per calcolare quanto energia elettrica è possibile produrre con il Sole. L’appilcazione è disponibile all’indirizzo: http://www.google.com/get/sunroof I valori tabellari sono riportati nella Norma UNI 10349 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici: dati climatici”. Altri valori sono contenuti nel volume dell’Enea “La radiazione solare globale al suolo in Italia” (autori: Sergio Petrarca, Euro Cogliani, Francesco Spinelli) e sul sito dell’ Archivio Climatico DBT: http://clisun.casaccia.enea.it/Pagine/Index.htm Solar radiation: electromagnetic radiation from the Sun Rayonnement solaire: rayonnement électromagnétique provenant du Soleil Radiación solar: radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol 44 Che cosa significa AM1? Per tenere conto dell’effetto di attuazione della radiazione solare da parte dell'atmosfera, è stata definita la massa d'aria unitaria AM1 (Air Mass one) che rappresenta lo spessore dell'atmosfera standard attraversato in direzione perpendicolare alla superficie terrestre e misurato al livello del mare. Lo spettro della radiazione solare fuori dall'atmosfera terrestre è definito con AM0 (Air Mass zero). I diagrammi solari sono grafici che rappresentano il movimento apparente del Sole. Sono utili per determinare gli ombreggiamenti sulla superficie in esame. Extraterrestrial solar radiation Rayonnement solaire extraterrestre Radiación solar extraterrestre 45 Che cosa sono le curve isoradiative? Le curve isoradiative riportano i valori medi mensili dell’insolazione su superficie orizzontale e vengono costruite correlando i dati di soleggiamento rilevati dalle diverse stazioni meteorologiche. La figura riporta la radiazione solare globale sul piano orizzontale in Europa (Fonte: SolarGIS © 2015 GeoModel Solar) Global solar radiation Rayonnement solaire global Radiación solar global 46 Quali sono gli impieghi dell’energia solare? I principali impieghi energetici dell’energia solare sono: la produzione di calore (processo termodinamico o solare termico); la produzione di energia elettrica (processo fotovoltaico o solare elettrico). Col processo termodinamico l’energia solare è utilizzata per produrre acqua calda sanitaria o per il riscaldamento di ambienti (utilizzando pannelli solari per la produzione di calore a bassa temperatura), o per la produzione indiretta di energia elettrica (produzione di calore ad alta temperatura). Nel processo fotovoltaico, l’energia solare è utilizzata per la produzione diretta di energia elettrica mediante moduli fotovoltaici. Differenza fra impianto fotovoltaico e impianto solare termico Entrambi utilizzano il Sole, ma mentre i moduli fotovoltaici trasformano direttamente la radiazione solare in energia elettrica, i pannelli solari termici utilizzano l’energia termica del Sole per riscaldare l’acqua da utilizzare per uso igienico sanitario o per il riscaldamento degli ambienti. Photovoltaic effect: photoelectric effect in which an e.m.f. is produced by the absorption of photons Effet photovoltaïque, m: effet photoélectrique dans lequel l'absorption de photons produit une force électromotrice Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía lumínica en energía eléctrica 47 Scheda di autovalutazione 1. Che cos’è la irraggiamento solare? a. l’energia trasmessa dal Sole b. la potenza incidente su una superficie di area unitaria c. il nome della luce solare 2. Che cos’è la costante solare? a. il valore dell’energia prodotta dai pannelli solari b. una costante per calcolare la distanza Terra-Sole c. la potenza della radiazione solare prima di attraversare l’atmosfera terrestre 3. Quanta energia all’anno (piano orizzontale) raggiunge l’Italia? a. circa 200 W/m2 b. un valore compreso fra i 1.400 kWh/m2 (nord Italia) e i 1.700 kWh/m2 (sud Italia) c. è impossibile da calcolare perché dipende dal modulo usato 4. Il valore della radiazione incidente su una superficie orizzontale a. è pubblicato dalle norme UNI b. è un valore calcolato c. è una costante (costante solare) 5. È possibile scaldare acqua direttamente con l’energia solare? a. no b. sì, con i pannelli solari c. sì, ma prima occorre convertirla in energia elettrica 6. Cosa sono le curve isometriche? a. sono curve che riportano i valori medi mensili dell’insolazione su superficie orizzontale b. è il rendimento di un modulo fotovoltaico c. sono diagrammi per ricavare le ombre 48 Capitolo 4 Impianti fotovoltaici La conversione diretta della radiazione solare in energia elettrica è detta effetto fotovoltaico. La conversione della luce solare in elettricità (corrente continua) avviene tramite una cella fotovoltaica - il componente base dell’impianto fotovoltaico. Più celle fotovoltaiche collegate fra loro formano un modulo fotovoltaico; più moduli fotovoltaici collegati in serie formano la stringa fotovoltaica; l’insieme di tutte le stringhe costituisce il generatore fotovoltaico o campo fotovoltaico. L’insieme del generatore e del BOS (gli altri componenti necessari alla produzione e all’utilizzo dell’energia elettrica prodotta dal generatore fotovoltaico) costituisce l’impianto fotovoltaico. Fonte: GSE 49 Com’è fatta una cella fotovoltaica? La cella fotovoltaico è un dispositivo a semiconduttori al cui interno si forma un campo elettrico. Grazie ad procedimento (drogaggio), all’interno del semiconduttore le cariche elettriche (fotoni) generate dalla radiazione solare dando origine ad un flusso di corrente elettrica (giunzione p-n). Il principalmente materiale utilizzato per la produzione delle celle fotovoltaiche è il Silicio; queste celle quando sono irraggiate dal Sole producono direttamente elettricità con un rendimento di conversione (energia elettrica ottenuta/energia solare incidente) dell'ordine del 13 ÷ 17%. Le principali celle fotovoltaiche in commercio sono quelle: al Silicio cristallino (monocristallino o policristallino); al Silicio amorfo; a film sottile o Thin Film (Tellurio di Cadmio, Diseleniuro di rame e indio). PN junction Jonction PN, f Unión PN 50 Quali sono i componenti di un impianto fotovoltaico? Un impianto fotovoltaico è costituito principalmente dal generatore fotovoltaico, ovvero, dall’insieme di tutte le stringhe, delle strutture di sostegno, dei cavi elettrici e dei relativi collegamenti, delle protezioni (diodo di blocco e il diodo di bypass). Per l’utilizzo dell’energia elettrica prodotta può essere necessario installare un sistema di conversione (inverter). L’inverter è indispensabile qualora l’impianto fotovoltaico sia collegato alla rete elettrica. Un impianto fotovoltaico può comprendere un accumulo elettrico (storage) per immagazzinare l’energia prodotta durante le ore di insolazione. L’accumulo è indispensabile per gli impianti fotovoltaici non collegati alla rete elettrica (ad esempio rifugi alpini). Completano gli impianti fotovoltaici l’eventuale presenza di contatori di energia per registrare le quantità di energia prodotta e sistemi di monitoraggio remoto (sistemi di acquisizione dati). 51 Come si dimensiona un impianto fotovoltaico? Il dimensionamento di un impianto fotovoltaico comprende tre fasi: il dimensionamento energetico; il dimensionamento elettrico; il dimensionamento meccanico. Il dimensionamento energetico serve a determinare: la taglia (potenza) dell’impianto fotovoltaico; la tipologia dei moduli fotovoltaici e degli inverter da installare; lo schema dell’impianto fotovoltaico; la produzione energetica attesa. Occorre inoltre valutare i costi per l’installazione di ulteriori componenti (impianto antintrusione, di protezione contro i fulmini), e l’eventuale sottoscrizione di garanzie accessorie (assicurazione, contratto di manutenzione). Il dimensionamento elettrico consiste dell’impianto e nella scelta delle protezioni. nella progettazione Il dimensionamento meccanico si riferisce alla struttura di sostegno dei moduli fotovoltaici. Photovoltaic cell: device in which the photovoltaic effect is utilized Cellule à effet photovoltaïque, f : dispositif dans lequel l’effet photovoltaïque est utilisé Célula fotoeléctrica: dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica en energía eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico 52 Come si esegue il dimensionamento energetico? Per eseguire il dimensionamento energetico occorre conoscere la radiazione solare del sito d’installazione (Capitolo 3), le superfici disponibili, il beneficio energetico ricercato (ad esempio la riduzione della bolletta energetica). La superficie utile è quella della copertura dell’edificio (esposizione a Sud e inclinazione indicativa 30°) cui vanno dedotti gli spazi occupati da antenne e comignoli (per evitare ombreggiamenti dannosi all’impianto fotovoltaico). cella fotovoltaica Solar power station Centrale solaire Central fotovoltaica 53 Come si calcola l’energia prodotta? Il calcolo dell’energia prodotta è legata alla radiazione solare incidente sui moduli, alla temperatura ambiente (l’efficienza della cella fotovoltaica diminuisce all’aumentare della temperatura), alle caratteristiche dei moduli fotovoltaici, alle perdite (di disaccoppiamento o mismatch), alle caratteristica del BOS. In un certo periodo di tempo Δt, l’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico Ep (in kWh) è: Ep (Δt) = Pn ∙ heq dove: Pn è la potenza nominale del generatore fotovoltaico, in kWp; heq sono le ore equivalenti di produzione dell’impianto alla potenza di picco del generatore, in ore. Ad esempio, un impianto fotovoltaico installato a Torino della potenza di 1 kWp (perdite di sistema stimate nel 14%), ha una produzione elettrica media annua di 1.250 kWh (Fonte: PVGIS). Rated power Puissance assignée Potencia asignada 54 Come si calcolano le ore equivalenti solari? Se consideriamo un intervallo di tempo di 1 anno e una media di 4,5 kWh/giorno di energia solare incidente sulla superficie di 1 m2, le ore solari equivalenti di un anno sono: Per calcolare le ore equivalenti di produzione dell’impianto alla potenza di picco del generatore, occorre moltiplicare le ore solari equivalenti hs per il rendimento del generatore fotovoltaico, per il rendimento dell’inverter e per un coefficiente K (minore di 1) che tiene conto di eventuali ombreggiamenti sul generatore fotovoltaico, di fenomeni di riflessione sulla superficie frontale dei moduli e della polluzione della superficie di captazione. 55 Che cos’è un Inverter? La produzione di energia elettrica da parte della cella fotovoltaico avviene in corrente continua. A seconda del collegamento delle celle, i valori della tensione e della corrente prodotti aumentano. Questo non è sufficiente, però, ad alimentare un apparecchio utilizzatore, perché dovremmo utilizzare solo quelli che possono funzionare in corrente continua. Se si vogliono utilizzare gli elettrodomestici normalmente in uso in un’abitazione, è necessario convertire l’energia prodotta in corrente continua dall’impianto fotovoltaico in corrente alternata. Questo è il compito principale dell’inverter. L’inverter, inoltre, è indispensabile per poter collegare l’impianto fotovoltaico alla rete elettrica. Inverter Onduleur Inversor 56 Come si esegue il dimensionamento elettrico? La tensione della sezione in corrente continua di un generatore fotovoltaico è scelta in funzione al tipo di modulo utilizzato, dell’inverter e della temperatura ambiente. Il valore della tensione varia in modo inverso alla temperatura e diretto con l’irraggiamento solare incidente sui moduli fotovoltaici: la tensione è massima nei mesi invernali ed è minima nei mesi estivi. Collegando più moduli in serie, la tensione di uscita della stringa è pari alla somma delle tensioni dei singoli moduli fotovoltaici; collegando più stringhe in parallelo, otterremo una corrente finale pari alla somma delle correnti delle singole stringhe. Occorre scegliere, infine, i dispositivi di protezione necessari al funzionamento in parallelo con la rete elettrica dell’impianto fotovoltaico e, nel caso di installazione di uno storage, le caratteristiche del sistema di accumulo. Standards project Projet de normalisation Proyecto 57 Che cosa sono il diodo di blocco e il diodo di bypass? Il diodo di blocco è installato in serie ai moduli, alle stringhe e al generatore fotovoltaico per proteggerli da effetti indesiderati come la perdita di potenza o danneggiamenti. Il diodo di bypass è installato per permettere alla corrente del modulo di bypassare le celle fotovoltaiche che dovessero essere in ombra, prevenendo riscaldamenti localizzati (hot-spot) che possono danneggiare il modulo fotovoltaico. Attenzione: gli impianti fotovoltaici possono essere esposti anche a sovratensioni dovute a scariche atmosferiche (fulminazione diretta e indiretta). La fulminazione diretta é pericolosa per le persone; la fulminazione indiretta è dannosa per i circuiti elettrici. In caso di impianti installati in strutture la cui attività è soggetta ai controlli di prevenzione incendi, occorre valutare anche la protezione contro il rischio di incendio. Direct lightning strike, indirect lightning strike Coup de foudre direct, coup de foudre indirect Caída directa del rayo, caída indirecta del rayo 58 Come si esegue il dimensionamento meccanico? La struttura di sostegno deve essere in grado di sostenere e ancorare il generatore fotovoltaico e assicurarne la corretta esposizione. Le strutture di sostegno devono essere progettate, realizzate e collaudate in base alle “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni”. Le attività di progettazione e collaudo sono eseguite da un tecnico abilitato nel settore delle costruzioni civili (anche nel caso di installazioni su strutture preesistenti). modulo fotovoltaico 59 Come si valuta la convenienza di un impianto fotovoltaico? Quando non si è obbligati da leggi e regolamenti, si può installare un impianto fotovoltaico per: ridurre l’energia prelevata dalla rete; vendere l’energia prodotta. Installare un impianto fotovoltaico per ridurre l’energia prelevata dalla rete significa produrre l’energia elettrica necessaria ai propri fabbisogni energetici e, quindi, diminuire o azzerare la propria bolletta energetica. Per fare questo può essere necessario installare anche uno storage ovvero un sistema di accumulo che consente di immagazzinare l’energia prodotta durante il giorno e non utilizzata, per poterla prelevare in un altro momento. La vendita dell’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico è un’attività commerciale. In questo caso l’impianto fotovoltaico è assimilabile ad una centrale fotovoltaica. Oltre ai benefici si possono devono considerare altri incentivi economici come: il servizio dello scambio sul posto o il ritiro dedicato; tariffe incentivanti per la produzione di energia da fonte solare fotovoltaica; benefici fiscali. 60 Che cos’è lo storage? Generalmente è un sistema di accumulo di tipo elettrochimico integrato con l’impianto fotovoltaico. Lo scopo è quello di aumentare l’energia elettrica autoconsumata per ridurre ulteriormente il costo della bolletta energetica. Per energia autoconsumata si intende quell’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico e consumata direttamente dagli apparecchi utilizzatori. Per quanto riguarda l’energia elettrica l’utilizzo degli accumulatori elettrochimici (batterie) risulta la soluzione più semplice da realizzare. In generale si parla di accumulo: Elettrochimico: accumulatori elettrochimici (batterie), celle a combustione; Meccanico: pompaggi (idrostatico), volani (cinetico), sistemi ad aria compressa (aerostatico); Elettrico: supercondensatori (elettrostatico), magneti superconduttori (elettromagnetico). 61 Quali tipologie di impianti fotovoltaici esistono? Le principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici sono: off-grid domestic (impianto fotovoltaico che alimentare case e villaggi non connessi alla rete elettrica); off-grid non domestic (impianto fotovoltaico che alimenta piccoli carichi elettrici – esempio pompaggi di acqua - non connessi alla rete elettrica); grid-connect distributed (impianto fotovoltaico connesso alla rete elettrica); grid-connect centralized (impianto fotovoltaico costruito in modo da formare un unico impianto di produzione centralizzato). I quattro sistemi sono classificati come: impianti fotovoltaici isolati dalla rete del distributore (stand-alone o off-grid): l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico alimenta un carico elettrico o una rete elettrica locale, e la parte eccedente dell’energia prodotta è accumulata in accumulatori elettrochimici (storage) per renderla disponibile nelle ore di scarsa insolazione e di notte; impianti fotovoltaici collegati alla rete elettrica del distributore (grid-connected): l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico è convertita in corrente alternata per alimentare un impianto elettrico; l’eventuale eccedenza di produzione può essere immessa nella rete del distributore o accumulata (storage) ) per renderla disponibile nelle ore di scarsa insolazione e di notte. 62 Che cos’è un impianto con inseguitore solare? È un impianto fotovoltaico i cui moduli sono installati su un supporto mobile motorizzato o azionato manualmente, per mantenere le celle fotovoltaiche orientate alla posizione solare. I principali inseguitori solari sono su piano equatoriale o solare altazimutale. Un’ulteriore disposizione del generatore fotovoltaico è su superficie verticale (ad esempio l’installazione su facciata). Rientrano in questa categoria i frangisole fotovoltaici, i moduli fotovoltaici trasparenti (vetri per coperture, facciate e finestre) ed i sistemi per superfici verticali opache. I frangisole fotovoltaici, oltre a produrre energia elettrica contestualmente creano l’ombreggiamento e la schermatura delle superfici trasparenti (permettendo di controllare la luminosità e la temperatura interna). In questo caso il numero di moduli fotovoltaici, la lunghezza totale dell’impianto fotovoltaico, la disposizione (orizzontale, verticale, fisso, mobile/orientabile) e il numero di file da installare rispettano i limiti architettonici dell’edificio (aperture). 63 Scheda di autovalutazione 1. Che cos’è la cella fotovoltaica? a. un dispositivo di protezione per gli impianti fotovoltaici b. il dispositivo che converte l’energia in corrente continua c. il componente base dell’impianto fotovoltaico 2. Che cos’è il dimensionamento energetico? a. il calcolo delle strutture dei moduli fotovoltaici b. la progettazione dei diodi di bypass c. la procedura per il calcolo dell’energia producibile 3. Gli ombreggiamenti danneggiano i moduli fotovoltaici? a. sì b. no c. Solo quelli dei mesi estivi 4. Chi può eseguire il dimensionamento meccanico? a. l'installatore b. un tecnico abilitato nel settore delle costruzioni civili c. è un dato fornito dal committente 5. Che cos’è lo storage? a. l’autoconsumo di energia elettrica b. un dispositivo che consente di muovere i moduli fotovoltaici c. il sistema di accumulo dell’energia prodotta 6. Un impianto grid-connected è? a. un impianto connesso alla rete elettrica b. un impianto non connesso alla rete elettrica c. il nome dell’Inverter 7. Gli impianti fotovoltaici sono protetti dai fulmini? a. sì b. deve essere valutato attraverso una procedura di verifica c. no 64 Capitolo 5 Incentivi Fra le politiche introdotte per la riduzione dei gas climalteranti, nei primi anni del XXI secolo sono state emanate politiche di incentivazione attraverso l’erogazione di tariffe incentivanti e modalità semplificate per la vendita dell’energia prodotta dagli impianti alimentati da fonti rinnovabili e, in particolare, dagli impianti fotovoltaici. In particolare, si parla di incentivo in conto capitale per indicare i contributi concessi a fondo perduto, cioè a fronte del quale non è previsto alcun vincolo di restituzione di capitale o pagamento di interessi. Si parla di incentivi in conto interesse per definire i contributi erogati a fondo perduto da un istituto finanziatore il quale concedere del denaro a prezzi contenuti. Si parla di incentivi in conto energia (o Feet in Tariff) per indicare i contributi concessi in conto esercizio, ovvero, erogati allo scopo di concorrere alle spese di gestione o di ridurre i costi d’esercizio, riconosciuti alla produzione di elettricità dagli impianti fotovoltaici connessi alla rete elettrica. Oltre a questi incentivi esistono sconti fiscali (esempio: detrazioni IRPEF), Certificati Verdi, Tariffe Omnicomprensiva, finanziamenti bancari agevolati. Molti di questi incentivi non sono più in atto. 65 Che cos’è il Conto Energia? Attivo fino a luglio 2013, il Conto Energia erogava un contributo con lo scopo di concorrere alle spese di gestione o di ridurre i costi d’esercizio. Si trattava, in generale, di un meccanismo che erogava una tariffa incentivante all’energia prodotta dagli impianti fotovoltaici. I decreti che regolamentano la materia sono: Primo Conto Energia, Decreto 28 luglio 2005 e Decreto 6 febbraio 2006; Secondo Conto Energia, Decreto 19 febbraio 2007; Terzo Conto Energia, Decreto 6 agosto 2010; Quarto Conto Energia, Decreto 5 maggio 2011; Quinto Conto Energia, Decreto 5 luglio 2012. Oltre a questi incentivi troviamo il: Conto Capitale, contributi concessi a fondo perduto (come ad esempio il Programma Tetti Fotovoltaici - Decreto 16 marzo 2001), senza nessun vincolo di restituzione di capitale o pagamento di interessi senza garanzie accessorie; Conto Interesse, contributi concessi a fondo perduto mediante finanziamento a prezzi contenuti e senza garanzie accessorie. Gli impianti fotovoltaici che accedono agli incentivi (escluso il Quinto Conto Energia) possono usufruire anche dei servizi di scambio sul posto e ritiro dedicato. 66 Che cos’è lo scambio sul posto? Lo scambio sul posto è un servizio fornito dal GSE – Gestore Servizi Energetici che consente di immettere nella rete elettrica l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico non consumata, per prelevarla in un altro momento (autoconsumo). Lo scambio sul posto avviene tramite la compensazione fra contributo concesso all’energia immessa in rete e quella pagata per prelevare l’energia scambiata dalla rete. Per energia scambiata si intende il valore minimo tra il totale dell’energia elettrica immessa in rete e il totale dell’energia elettrica prelevata per il tramite del punto di scambio. L’energia scambiata è rilevata tramite il contatore M1. 67 Che cos’è il Ritiro dedicato? Come lo scambio sul posto, anche il ritiro dedicato è un servizio fornito dal GSE – Gestore Servizi Energetici. Il ritiro dedicato è una modalità semplificata per vendere l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico alla rete elettrica (energia elettrica immessa in rete(, in alternativa ai contratti bilaterali o alla vendita diretta in borsa. In pratica, il ritiro dedicato consiste nella cessione dell’energia elettrica immessa in rete dietro corresponsione di una tariffa (prezzo medio zonale orario) o un prezzo minimo garantito aggiornato annualmente dall’Autorità per l'energia elettrica il gas e il servizio idrico (AEEGSI). Il ritiro dedicato è alternativo al servizio di scambio sul posto e alle tariffe incentivanti del Quinto Conto Energia. Fra gli impianti a fonti rinnovabili, possono accedere al ritiro dedicato gli impianti fotovoltaici con potenza apparente nominale inferiore a 10 MVA. Diversamente dal servizio dello scambio sul posto non è necessaria la presenza di impianti per il consumo. L’energia immessa in rete è rilevata tramite il contatore M1. 68 Esistono altre modalità per la vendita dell’energia prodotta da un impianto fotovoltaico? L’energia prodotta da un impianto fotovoltaico (e in generale da qualsiasi impianto di produzione di energia elettrica) può essere immessa in rete tramite contratti bilaterali e la vendita diretta in borsa. Il contratto bilaterale è un contratto di fornitura di energia elettrica concluso al di fuori della borsa elettrica tra un soggetto produttore/grossista ed un cliente. La vendita diretta in borsa consente di accedere direttamente al mercato elettrico. Altri meccanismi per la remunerazione dell’energia immessa in rete sono la tariffa omnicomprensiva, attraverso la quale l'energia elettrica immessa in rete ha diritto a ricevere tariffa fissa onnicomprensiva o i certificati verdi, titoli rilasciati dal GSE in misura proporzionale all’energia prodotta da un impianto alimentato da fonte rinnovabile. A questi si aggiungano altri meccanismi riservati alla produzione termica da fonte rinnovabile, alla cogenerazione ad alto rendimento, ai biocarburanti. Altre forme di remunerazione dell’energia prodotta dagli impianti fotovoltaici sono i Sistemi Efficienti di Utenza (SEU e SEESEU) costituiti da almeno un impianto di produzione e da un’unità di consumo connessi tra loro mediante un collegamento privato senza obbligo di connessione a terzi e collegati, direttamente o indirettamente, tramite almeno un punto, alla rete pubblica. Maggiori informazioni sono disponibili sul sito del GSE: www.gse.it 69 Quando occorre installare due contatori? Per accedere agli incentivi del Conto Energia è necessario disporre dalla misura dell’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico e dell’energia elettrica scambiata con la rete. A tal fine il distributore solitamente installa un contatore di energia elettrica a valle dell’inverter dell’impianto fotovoltaico (M2) e un contatore nel punto di consegna dell’energia o punto di scambio (M1) in grado di misurare l’energia prelevata dalla rete (energia consumata e fatturata dal venditore) e l’energia immessa in rete. 70 Nel caso di installazione dei sistemi di accumulo può essere necessario installare anche un terzo contatore (M3) per misurare l’energia scambiata fra l’accumulo e la rete. Le figure sono tratte dalla Norma Cei 0-21. 71 Scheda di autovalutazione 1. Che cos’è lo scambio sul posto? a. un servizio gestito dal Gestore dei Servizi Energetici b. un incentivo all’energia prodotta dagli impianti c. il nome di un contatore 2. Che cos’è il ritiro dedicato? a. un incentivo all’energia prodotta dagli impianti b. un servizio gestito dal Gestore dei Servizi Energetici c. il nome di un contatore 3. Che cos’è il Conto Energia? a. un incentivo all’energia prodotta dagli impianti b. una tassa unica prevista per gli impianti fotovoltaici c. un servizio gestito dal Gestore dei Servizi Energetici 4. Che cos’è il contatore M1? a. il contatore che misura l’energia prodotta b. il contatore che misura l’energia reattiva c. il contatore che misura l’energia scambiata con la rete 5. È sempre necessario installare due contatori? a. sì, sempre b. no, solo se sottoscrivo il ritiro dedicato c. solo se è necessaria la misura dell’energia elettrica prodotta 6. Che cos’è la Tariffa Omnicomprensiva? a. la tariffa del Conto Capitale b. una tariffa che remunera l'energia elettrica immessa in rete c. lo scambio sul posto 7. Che cos’è un contratto bilaterale? a. una tariffa del mercato libero b. un contratto concluso al di fuori della borsa elettrica c. un Sistema Efficiente di Utenza (SEU) 72 Capitolo 6 10 +1 domande sugli impianti fotovoltaici 1. Che cos'è un impianto fotovoltaico? L'impianto fotovoltaico è un impianto di produzione che, attraverso la luce del Sole, produce energia elettrica. È costituito da due elementi fondamentali: il modulo fotovoltaico, che converte la luce solare in energia elettrica; l'inverter, che rende disponibile l'energia elettrica prodotta dal modulo fotovoltaico alle apparecchiature elettriche e ne consente la connessione alla rete elettrica. 2. Dove può essere installato un impianto fotovoltaico? Gli impianti fotovoltaici sono generalmente installati sui tetti delle abitazioni, ma possono essere installati ovunque, sia in posizione orizzontale (con inclinazione tipica di circa 30°) che verticale (facciate degli edifici). 3. Quanta energia elettrica produce un impianto fotovoltaico? La produzione di energia varia a seconda del luogo di installazione; in Italia il valore medio della produzione da fonte solare di un modulo fotovoltaico della potenza di 1 kWp varia dai 1.100 kWh l'anno nelle regioni settentrionali ai 1.800 kWh l'anno nelle regioni meridionali. Per effettuare un calcolo più preciso occorre fare riferimento ai dati storici di insolazione del luogo di installazione. 73 4. Esiste un valore massimo di potenza installabile? No, gli impianti fotovoltaici possono avere potenze da qualche watt (come ad esempio nel caso di calcolatrici tascabili) fino a valori molto elevati (parchi solari connessi alla rete elettrica). 5. Esistono obblighi di natura fiscale per la produzione di energia elettrica da fonte solare? Sì, ma solo per impianti con potenza nominale oltre 20 kW e sono relativi alla denuncia di apertura di officina elettrica (per maggiori informazioni: www.agenziadogane.it). 6. Sono previsti incentivi a chi installa un impianto fotovoltaico? No. Fino a qualche anno fa, però, chi installa un impianto fotovoltaico poteva beneficiare di incentivi in: Conto Capitale: contributi concessi a fondo perduto tramite bandi pubblici; Conto Interesse: contributi erogati a fondo perduto da un istituto finanziatore a seguito della stipula di un finanziamento; Conto Energia: contributi concessi allo scopo di concorrere alle spese di gestione o di ridurre i costi d’esercizio, alla produzione di elettricità da fonte solare mediante impianti fotovoltaici permanentemente connessi alla rete elettrica. Oltre agli incentivi sono previsti sconti fiscali (detrazioni IRPEF) e la possibilità di accedere a finanziamenti bancari dedicati. 74 7. A chi deve essere inoltrata la richiesta di connessione di un impianto fotovoltaico? Chi intende richiedere la connessione di un impianto fotovoltaico alla rete deve formulare apposita richiesta al distributore. Per maggiori informazioni si rimanda alla normativa emanata dall’Autorità per l’energia elettrica il gas e il servizio idrico - AEEGSI. 8. Quali sono i benefici previsti per l’energia prodotta da un impianto fotovoltaico? L’energia prodotta può essere utilizzata per propri consumi (autoconsumo) ed accedere: al servizio di scambio sul posto, alla cessione in rete dell’energia immessa in rete attraverso il ritiro dedicato, alla vendita dell’energia immessa in rete nel mercato. Tutto questo vale tutta la vita utile dell’impianto fotovoltaico (stimabile in 30 anni). 9. Che cos'è lo scambio sul posto? È un servizio gestito dal Gestore dei Servizi Energetici – GSE e consente di realizzare una particolare forma di autoconsumo (consumo in sito) immettendo in rete l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico non consumata, per prelevarla in un momento differente da quello in cui avviene la produzione. 10. Che cos'è il ritiro dedicato? Il ritiro dedicato è una modalità semplificata a disposizione dei produttori per la vendita al GSE dell'energia elettrica immessa in 75 rete ad prezzo minimo garantito o al prezzo medio zonale, in alternativa ai contratti bilaterali o alla vendita diretta in borsa. 11. Quali autorizzazioni sono necessarie per costruire un impianto fotovoltaico? Gli iter procedurali previsti per la realizzazione di impianti alimentati a fonti rinnovabili sono: Autorizzazione Unica (AU), provvedimento introdotto D.Lgs. 387/2003, costituisce titolo a costruire e a esercire l'impianto. Il Procedimento ha durata massima di 90 giorni al netto dei tempi previsti per l’eventuale procedura di Valutazione di Impatto Ambientale (VIA). La competenza per il rilascio dell'autorizzazione è in capo alle Regioni o alle Province da esse delegate. Procedura Abilitativa Semplificata (PAS), procedura introdotta dal D.Lgs. 28/2011, deve essere presentata al Comune almeno 30 giorni prima dell'inizio lavori; vale il meccanismo del silenzio assenso, per cui trascorso il termine di 30 giorni dalla presentazione senza riscontri o notifiche è possibile iniziare i lavori. Comunicazione al Comune, adempimento previsto per semplificare l'iter autorizzativo di alcune tipologie di piccoli impianti, assimilabili ad attività edilizia libera. Non è necessario attendere 30 giorni prima di iniziare i lavori. Per gli impianti fotovoltaici oltre i 20 kW è necessaria l’Autorizzazione Unica; al di sotto dei 20 kW gli impianti rientrano nel campo di applicazione della Procedura Autorizzativa Semplificata o della Comunicazione al Comune. 76 Appendice Sistema internazionale delle Unità Unità di misura fondamentali Grandezza fisica Simbolo della grandezza fisica Nome dell'unità SI Simbolo dell'unità SI Intensità di corrente elettrica I, i Ampere A Intensità luminosa Iv Candela cd Lunghezza L Metro m Massa M Chilogrammo kg Quantità di sostanza N Mole mol Temperatura termodinamica T Kelvin K Intervallo di tempo T Secondo s Le grandezze fisiche derivate dalla combinazione per moltiplicazione o divisione delle grandezze fisiche fondamentali sono dette unita derivate. Esempio: unita di misura della forza F = m · a La regola di derivazione e scritta con tutti i fattori uguali ad 1: 1 N = 1 kg · 1 m/s2 77 Alcune unità di misura fondamentali e derivate Nome della grandezza differenza di potenziale, tensione elettrica corrente elettrica resistenza elettrica resistività elettrica impedenza reattanza Capacità potenza attiva potenza apparente potenza reattiva energia attiva energia apparente energia reattiva Simbolo Unità (SI) Simbolo U volt V I R ampere ohm ohm per metro ohm ohm farad watt (1) voltampere voltampere A Ω Ω·m Ω Ω F W V·A V·A var (2) joule var J watt per ora voltampere moltiplicato secondo voltampere moltiplicato secondo W·h Z X C P S Q W WS V·A·s V·A·s WQ var moltiplicato secondo 78 var · s Regole per l’impiego del Sistema Internazionale Tipo Carattere Esempio Simbolo di una grandezza Corsivo (inclinato) I Pedice di una grandezza fisica o simboli letterali che rappresentano numeri Corsivo (inclinato) Altri pedici compresi i numeri Romano (verticale) Nome e simboli di unità Romano (verticale) m Numeri Romano (verticale) 1 Cp Nota: p = pressione Cg Nota: g = gas I nomi delle unità sono nomi comuni e si scrivono con l'iniziale minuscola, anche se derivano da nomi di scienziati (esempio: ampere); I nomi delle unità sono invariabili al plurale ed hanno come simbolo una lettera maiuscola (per esempio A per l'ampere); I nomi delle unità derivate sono nomi comuni e si scrivono con l'iniziale minuscola, anche se derivano da un nome di persona; Il simbolo delle unità deve essere utilizzato solo se l'unità è accompagnata dal valore numerico; Il simbolo deve essere scritto dopo il valore numerico, senza il carattere corsivo e non deve essere seguito dal punto, tranne a fine frase; 79 L'unità deve essere scritta per esteso se non è accompagnata dal valore numerico. Prefissi delle unità di misura Fattore 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 10 Prefisso yotta zetta exa peta tera giga mega kilo hecto deca Simbolo Y Z E P T G M k h da Fattore 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 Prefisso Deci Centi Milli Micro Nano Pico femto Atto Zapto Yocto Simbolo d c m μ n p f a z y Curiosità Il "Sistema MKS" nasce nel 1889 e comprende come le unità fondamentali la lunghezza, la massa e il tempo. Nel 1935 il "sistema Giorgi", inserisce come quarta grandezza fondamentale l'unità di misura della resistenza elettrica, sostituita nel 1946 con quella della corrente elettrica. Nel 1954 sono aggiunte fra le grandezze fondamentali il kelvin e la candela e nel 1971 la mole. Una revisione del Sistema Internazionale di Unità è prevista per il 2018. 80 81 693 «Un raggio di Sole» Calore, luce, vita. Fiori che sbocciano in primavera, bimbo che gioca in estate, foglie dorate in autunno, neve disciolta in inverno. Energia pulita, inesauribile, abbondante, indispensabile. Tutto in un raggio di Sole! Antonello Greco. (Lunedì, 8 aprile 2013) 82 Schede di valutazione Scheda 1 2 3 4 5 Risposta corretta 1a, 2c, 3b, 4a, 5b, 6a 1a, 2c, 3b, 4b, 5b, 6a, 7b 1b, 2c, 3b, 4a, 5b, 6a 1c, 2c, 3a, 4b, 5c, 6a, 7b 1a, 2b, 3a, 4c, 5a, 6b, 7b Fotovoltaico deriva dai termini photo (dal greco phos) che significa luce e volt che simboleggia l'elettricità, dal nome del fisico Alessandro Volta (1745-1827) che dedicò proprio i suoi studi all'elettricità ed a cui dal 1881 è dedicato il nome dell’unità di misura SI (Sistema Internazionale delle Unità) del potenziale elettrico. Fotovoltaico letteralmente significa “elettricità della luce”.
