Fondamenti di energia rinnovabile

STC PVdi POTENZA DI PICCO

Infatti, la potenza erogata dalla cella, a parità di intensità di radiazione, varia al variare della temperatura della cella. Dove C è il coefficiente di temperatura per la potenza e viene comunicato dal costruttore; i suoi valori sono negativi, solitamente compresi tra -0,35 e -0,5%/°C. Quindi, ogni 10 gradi di temperatura in più, la potenza si riduce tra il 3,5 e il 5%.

Tipologie di celle fotovoltaiche

La maggior parte delle celle fotovoltaiche attualmente in commercio è costituita da semiconduttori in silicio per i seguenti motivi:

• Disponibilità pressoché illimitata (risorse del pianeta)
• Largo utilizzo nell'industria elettronica (processi tecnologici di raffinazione, lavorazione e drogaggio ben affinati)
• Possibilità di riciclare gli scarti dell'industria elettronica in quanto l'industria fotovoltaica tollera concentrazioni di impurità tipicamente di

10-5÷10-6 (contro i valori di 10-8 ÷ 10-9 relativi all'industria elettronica) Campo fotovoltaico: insieme di moduli fotovoltaici opportunamente collegati elettricamente per realizzare le condizioni operative desiderate. Impianto fotovoltaico Nella fase di progettazione di un campo fotovoltaico devono essere effettuate alcune scelte che ne condizionano il funzionamento: - Configurazione serie-parallelo dei moduli del campo (effetto di mismatch dovuto alla disomogeneità delle loro caratteristiche elettriche (esempio: in una serie di pannelli la corrente è limitata dal pannello che eroga la corrente più bassa; in un parallelo la tensione è limitata dal pannello che eroga la tensione più bassa) - Scelta della tensione di esercizio - Scelta delle strutture di sostegno - Distanza minima tra le file dei pannelli per non avere ombreggiamento - Connessioni elettriche Un gruppo di pannelli può essere collegato elettricamente: - In serie: se sivuole aumentare il livello di tensione, mantenendo costante la corrente¹ nei rami; In parallelo: se si vuole aumentare la corrente, tenendo tutti i componenti alla stessa² tensione; Sistemi autonomi I sistemi autonomi (stand-alone) vengono normalmente utilizzati per elettrificare le utenze difficilmente collegabili alla rete perché ubicate in aree poco accessibili, e per quelle con bassissimi consumi di energia che non rendono conveniente il costo dell'allacciamento. Tale tipo di sistema è caratterizzato dalla necessità di coprire la totalità della domanda energetica dell'utenza (impianto casalingo). Gli elementi che costituiscono un sistema fotovoltaico autonomo sono: - i moduli fotovoltaici; - il sistema di accumulo (batterie); - il regolatore di carica; Essendo la corrente generata dal sistema fotovoltaico una corrente continua, se il carico prevede l'utilizzo di apparecchiature che richiedono corrente alternata, diventa

Il tuo compito è necessario l'inserimento di un convertitore c.c./a.c. (inverter). Le batterie accumulano l'energia elettrica prodotta dai moduli FV e consentono di differire nel tempo l'erogazione di corrente al carico; in sostanza garantiscono l'erogazione di energia elettrica anche nelle ore di minore illuminazione o di buio.

Il regolatore di carica è l'elemento che regola i passaggi di corrente tra moduli e batterie e tra batterie e carico; la sua funzione principale è quella di proteggere le batterie da fenomeni di carica e scarica profonda.

Sistemi connessi alla rete

I sistemi fotovoltaici connessi alla rete possono scambiare energia elettrica con la rete elettrica locale o nazionale. Il principio della connessione alla rete è quello dello scambio in due direzioni di energia elettrica: se la produzione del campo FV eccede per un certo periodo il consumo, l'eccedenza viene inviata alla rete. Nelle ore in cui il generatore non fornisce energia elettrica

Sufficiente per soddisfare il carico, l'elettricità è acquisita dalla rete. Questo meccanismo è reso possibile dalla presenza di due contatori che contabilizzano l'energia scambiata nelle due direzioni. In tali sistemi è necessaria la presenza dell'inverter che converte la corrente elettrica continua generata in alternata.

Sistemi integrati negli edifici

I sistemi fotovoltaici godono dal punto di vista architettonico di una serie di prerogative che li rendono unici per l'applicazione architettonica in ambiente urbano, sono infatti caratterizzati da una ottima adattabilità a diverse tipologie di edificio. Gli interventi di integrazione architettonica si distinguono prima di tutto a seconda del tipo di superficie dell'edificio utilizzata per l'impianto (tetto piano, tetto inclinato, facciata). Inoltre, si distingue tra sistemi fotovoltaici retrofit, che vengono applicati in contesti edilizi già esistenti, e sistemi

tecnologie fotovoltaiche integrate sono ancora in fase di sviluppo, ma esistono già soluzioni che consentono di integrare i pannelli solari direttamente nella struttura dell'edificio, come ad esempio le facciate fotovoltaiche. Queste soluzioni permettono di sfruttare le superfici verticali dell'edificio per la produzione di energia solare, contribuendo così alla riduzione dei consumi energetici e all'abbattimento delle emissioni di CO2. Per quanto riguarda i tetti piani, esistono diverse tipologie di impianti fotovoltaici che possono essere installati anche su edifici già esistenti, attraverso interventi di retrofitting. Grazie alla presenza di superfici piane, è possibile inclinare e orientare il sistema fotovoltaico nel modo più efficiente possibile, utilizzando apposite strutture di supporto studiate appositamente per questa applicazione. Nel caso dei tetti inclinati, invece, è necessario dedicare maggiori sforzi alla ricerca di soluzioni architettoniche valide per le tipologie edilizie italiane. In particolare, si sta lavorando allo sviluppo di tegole fotovoltaiche, che consentono di integrare i pannelli solari direttamente nel tetto, garantendo un livello di integrazione estetica simile a quello di un sistema fotovoltaico integrato durante la fase di costruzione dell'edificio. In conclusione, le tecnologie fotovoltaiche integrate stanno progressivamente evolvendo, offrendo sempre più soluzioni per l'integrazione estetica ed efficiente dei pannelli solari negli edifici. Questo permette di sfruttare al massimo il potenziale energetico del sole, contribuendo alla transizione verso un sistema energetico più sostenibile.

Le applicazioni fotovoltaiche dovrebbero essere prese in considerazione già nella fase di progettazione dell'edificio in quanto parametri quali l'orientamento e l'inclinazione risultano predefiniti.

Centrali fotovoltaiche

Le centrali fotovoltaiche sono tipicamente costituite da centinaia o migliaia di moduli fotovoltaici di grandi dimensioni connessi in serie/parallelo, installati a terra su strutture in cemento armato e acciaio. Con gli attuali valori dell'efficienza di trasformazione dell'energia solare in elettrica, una centrale da un megawatt, capace di fornire energia ad un migliaio di utenti, si estenderebbe su un'area grande come quattro campi di calcio. L'impegno del territorio è dovuto per metà dalle aree effettivamente occupate dai moduli fotovoltaici, e per l'altra metà dalle aree necessarie per evitare l'ombreggiamento reciproco delle file di moduli.

Dal punto di vista delle strutture di sostegno dei moduli,

si parla di:
Sistemi ad inclinazione fissa - (struttura portante fissa)
Sistemi ad inseguimento attivi - (caratterizzati da motori passo ed elettronica di controllo)
Sistemi ad inseguimento passivi – (principio di funzionamento basato sulla differenza di pressione che si forma in due cilindri, contenenti ciascuno particolari sostanze es. freone olio)
Efficienza dei moduli fotovoltaici
L’efficienza di trasformazione dell’energia solare in energia elettrica è data dal rapporto tra la potenza elettrica in uscita e la potenza della radiazione solare incidente. Ovviamente entrambe cambiano in funzione delle condizioni di irraggiamento solare. Come riferimento, si usano le condizioni standard di insolazione (1000 W/m2). Se si indicano con η l’efficienza, A l’area del modulo, P la potenza elettrica generata dal modulo fV (POTENZA DI PICCO) e con I la densità di irradiazione solare il modulo stesso in condizioni standard (STC) si

può scrivere la relazione: Efficienza del BOS (Balance of System)

L'efficienza d'impianto è influenzata in maniera consistente dai componenti elettrici necessari per il trasferimento dell'energia prodotta dal modulo fotovoltaico all'utenza. Per considerare le perdite di energia prodotta dovute al funzionamento di questi componenti, si parla in termini tecnici di efficienza del BOS. Le maggiori dissipazioni sono dovute al funzionamento dell'inverter e di eventuali sistemi di accumulo in batteria. Anche cavi, quadri elettrici e connettori producono riduzioni di potenza. Un valore dell'85% è generalmente considerato accettabile.

Stima della produttività degli impianti

Una volta determinata la superficie disponibile per l'installazione dei moduli fotovoltaici, la potenza nominale dell'impianto in analisi può essere stimata secondo la seguente procedura (IEA, 1996).

Vantaggi ambientali

Per produrre un chilowattora

Elettrico vengono bruciati mediamente l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibili fossili e di conseguenza emessi nell'aria circa 0,27 kg di anidride carbonica (fattore di emissione del mix elettrico italiano alla distribuzione). Si può dire quindi che ogni kWh prodotto dal sistema fotovoltaico evita l'emissione di 0,27 kg di anidride carbonica. Questo ragionamento può essere ripetuto per tutte le tipologie di inquinanti.

L'energia geotermica è prodotta sfruttando il calore, in parte originatosi durante la formazione del pianeta e in parte prodotto dal decadimento di isotopi radioattivi, presenti all'interno delle rocce che compongono le parti più profonde del globo terrestre. Questo calore viene costantemente trasferito dall'interno della Terra verso la sua superficie. A causa di questo flusso termico continuo, la temperatura delle rocce aumenta di circa 30°C per ogni km di profondità (gradiente geotermico).

L'energia geotermica è una risorsa disponibile a livello locale e facilmente utilizzabile; Non produce sostanze inquinanti né aumenta le emissioni di anidride carbonica o altri gas rispetto a quelle già presenti allo stato naturale nell'area interessata. Le emissioni reflue vengono normalmente reiniettate nel sottosuolo, e non producono quindi alcun impatto ambientale sui corpi idrici o sul terreno.

L'acqua piovana, infiltrandosi in profondità, circola nel sottosuolo attraverso rocce porose, fratturate e permeabili, e viene riscaldata, a volte fino a temperature elevate: in certe condizioni diventa vapore. L'acqua calda (o il vapore), risalendo attraverso faglie e fratture, può raggiungere la superficie e formare sorgenti calde, soffioni, fumarole e geyser; la maggior parte rimane invece nel sottosuolo, intrappolata in fratture e strati porosi di roccia, compresi tra superfici impermeabili: in questi casi si può avere la

Formazione di un serbatoio geotermico

Un serbatoio geotermico si forma quando le rocce sottostanti alla superficie terrestre accumulano calore proveniente dal nucleo interno del pianeta. Questo calore è generato dalla radioattività naturale dei materiali presenti all'interno della Terra.

Le rocce che costituiscono il serbatoio geotermico devono avere una buona capacità di accumulare e trattenere il calore. Le rocce sedimentarie, come ad esempio la sabbia e l'argilla, sono spesso le più adatte per formare un serbatoio geotermico.

Il calore accumulato nel serbatoio geotermico può essere sfruttato per produrre energia geotermica. Questo avviene attraverso l'utilizzo di pozzi geotermici, che consentono di estrarre l'acqua calda o il vapore presente nel serbatoio e utilizzarli per alimentare turbine e generare elettricità.