Impianti fotovoltaici

Nuovi design per l'integrazione del fotovoltaico

Questi nuovi design permettono di integrare il fotovoltaico nei progetti non solo come elementi energetici atti all'auto sostenibilità dell'edificio, ma come elementi decorativi del progetto.

Impianti industriali e commerciali

Ricordiamoci che non solo le superfici residenziali, ma anche quelle industriali hanno una grande importanza. Infatti, i capannoni forniscono grandi aree su cui installare l'impianto e in alcuni casi rendono più bello l'impianto sottostante.

Impianti utility scale

Impianti di grandi dimensioni posati a terra. Questo tipo di impianti non per forza devono rubare terreno all'agricoltura e all'allevamento, ma con i giusti accorgimenti è possibile far convivere la realtà rurale e la realtà tecnologica insieme.

Impianti flottanti

Tipo di impianto in forte espansione: infatti permette di salvare dall'evaporazione dell'acqua tonnellate di liquido ogni anno, andando a coprire e allo stesso tempo proteggere le superfici acquatiche.

producendo energia.

Agrovoltaico

L'agrovoltaico è un tipo di impianto da piazzare sulle serre e permette di far convivere il mondo dell'agricoltura con il mondo dell'energia. Tramite la tecnologia dei pannelli semitrasparenti è possibile regolare la quantità di luce e allo stesso tempo produrre energia mantenendo l'effetto serra desiderato all'interno della struttura. È possibile progettare l'impianto in modo che le piante vedano solo l'onda specifica, oppure solo a una determinata ora o solo una certa percentuale di sole al fine di migliorare il rendimento agricolo.

Storia del fotovoltaico

1950 il fotovoltaico costava tantissimo e si lanciano solo i pannelli solari nello spazio.

1975 il mercato inizia a crescere e permettono di alimentare i luoghi remoti. Costa ancora moltissimo, ma inizia a costare di meno del trasporto fino a luoghi remoti.

1995 molti governi iniziano a piazzare incentivi sul mercato del fotovoltaico per farlo crescere.

Lo stato avanza una percentuale della costruzione di un impianto2015 Grid parity Fuel parity. Il mercato è abbastanza avanzato per funzionare senza ulterioriincentivi dai governi.

La crescita del mercato ha portato ad una riduzione dei costi fino al 90% dalla suainvenzione Ad oggi un modulo che proce un Wattcosta meno di mezzo dollaro rendendo latecnologia accessibile a chiunque.

Quindi nel 2015 si ottiene in Grid Parity:il costo al Kwh di fotovoltaico è uguale alcosto al Kwh della bolletta (convieneprodurre l'energia in casa). per gliimpianti domestici e industrialiFuel Parity: il costo al Kwh di fotovoltaicocosta come un Kwh di fonti fossili enucleari..utile per gli impianti in utility scale.

Un altro segnale della crescita del settore è la posizione dei grandi distributori nei riguardidel fotovoltaico: infatti per esempio l'enel 4 anni fa ha iniziato alcuni lavori di riprogettazionedelle reti in vista di una previsione di una forte crescita

dell'utilizzo del fotovoltaico e della generazione distribuita. Ora l'Enel propone di costruire impianti fotovoltaici dove è possibile. Vediamo che nella supply chain dell'energia elettrica il fotovoltaico prende sempre più spazio come fonte di produzione dell'energia. Come viene distribuita l'energia? Abbiamo 2 tipologie di impianti principalmente: - connessi alla rete - isolati dalla rete Impianti connessi alla rete Nella famiglia degli impianti connessi alla rete abbiamo 2 grandi tipologie che abbiamo visto fino ad adesso: - distribuiti: tipicamente utilizzati nel domestico e nell'industria dove quando possibile si utilizza l'energia prodotta sul posto, mentre quando non è possibile si utilizza l'energia proveniente dalla rete. Nelle reti intelligenti nel caso che l'energia prodotta sul posto sia in eccesso essa viene immessa in rete e resa disponibile per altri utilizzatori. Gli impianti distribuiti vanno da 1kW (minimo di potenza) a 100kW (massimo di potenza) e sono collegati alla rete elettrica. - centralizzati: tipicamente utilizzati per grandi impianti di produzione di energia elettrica. In questo caso l'energia prodotta viene immessa direttamente nella rete elettrica e viene distribuita a tutti gli utilizzatori. Impianti isolati dalla rete Gli impianti isolati dalla rete sono utilizzati in zone remote o in situazioni in cui non è possibile collegarsi alla rete elettrica. In questo caso l'energia viene prodotta localmente e utilizzata direttamente senza essere immessa nella rete. In conclusione, il fotovoltaico e la generazione distribuita stanno diventando sempre più importanti nella produzione e distribuzione dell'energia elettrica.

normativa) fino a qualche MW- centralizzati: sono tipicamente gli impianti a terra ed è un impianto costruito per permettere energia solo ed esclusivamente in rete

Gli impianti centralizzati vanno da decine di kW fino al GW

Dato che l'impianto fotovoltaico ha funzionamento intermittente, la connessione in rete permette di distribuire in rete nel momento in cui c'è eccesso di produzione rispetto al carico locale e di recuperare dalla rete nel momento in cui non c'è abbastanza produzione. In poche parole utilizziamo la rete come un accumulatore di energia ideale tramite alcuni meccanismi come il conto energia, cioè per ogni kWh immesso in rete il distributore ti restituisce un kWh da utilizzare nei momenti di scarsa produzione. Oppure la comunità energetica in cui un insieme di persone esterne al distributore gestisce e manovra l'energia elettrica localmente tramite scambi di energia; e per ogni kWh scambiato c'è un incentivo

Dal governo. In entrambi i casi abbiamo 2 parti molto importanti dell'impianto fotovoltaico:

• Il generatore fotovoltaico; un insieme di singole celle fotovoltaiche connesse in serie e in parallelo al fine di produrre una certa quantità di tensione e di corrente; bisogna però ricordare che questo tipo di generatore produce corrente continua.
• L'inverter: uno strumento che permette di trasformare la tensione e la corrente prodotta dal generatore da continua a sinusoidale (o quasi).

Impianti sconnessi dalla rete. Tipicamente sono gli impianti di zone estremamente remote o isolate dalla rete come per esempio gli impianti dei rifugi alpini o gli impianti di sollevamento dell'acqua in zone remote dell'Africa. Anche qui abbiamo 2 tipologie:

• Residenziali: nel caso del controllore degli impianti residenziali questo alimenta un inverter per la presenza di apparecchiature a regime sinusoidale ma può alimentare direttamente gli apparecchi a corrente continua.

industrialivediamo che in entrambi i casi non essendoci una rete da utilizzare come accumulatoreideale come la rete è necessario inserire nell'impianto un accumulatore reale (quindi dellebatterie) e di conseguenza un controllore di carica.

Moduli fotovoltaici Esistono diverse generazioni dimoduli fotovoltaiciVediamo nel diagramma di Green quidi fianco- 1 generazione: caratterizzatada alti costi ed efficienzeimbarazzantemente basse.Qui la tecnologia utilizzata è ilmodulo fotovoltaico in silicio cristalli(sia mono cristallino siapolicristallino) attualmente è latecnologia che traina il mercato datoche il suo costo è diventatoveramente irrisorio.- 2 generazione : caratterizzata da un prezzo molto bassi e rendimenti altrettantobassi. La tecnologia adottata in questo tipo di moduli è quella del film sottile di silicioamorfo. Costano di meno perchè effettivamente c'è molto meno materiale reattivo. È una tecnologia di nicchia.

dato che l'economia di scala del silicio cristallino è diventata talmente economica da abbattere i prezzi. Rimane comunque una nicchia molto importante per via delle applicazioni architettoniche o ambientalistiche di pregio (cioè è ottimo per inserire il pannello fotovoltaico come integrazione della struttura architettonica). - 3 generazione: caratterizzata da prezzi bassi ma una efficienza ragguardevole costituita da nuove tecnologie di laboratorio non ancora disponibili in commercio ma con altissimi potenziali. Ci concentreremo moltissimo sui moduli di prima generazione. Moduli di prima generazione Il modulo fotovoltaico è costituito da una cornice contenente: - vetro (ovvia applicazione per proteggere il modulo) - EVA (etil-vinil-acetato) serve per isolare dall'umidità il modulo - le celle collegate in serie e in parallelo - EVA - Tedlar (plastica di supporto al modulo, aumenta la maneggevolezza dello stesso) è possibile quindi alla fine della

Vita di un modulo fotovoltaico: riciclare completamente tutte le componenti

• Alluminio: si fonde
• Vetro: si fonde
• La cella può essere recuperata dall'ossido per essere utilizzata in un nuovo modulo
• Tedlar: si fonde

Parametri elettrici del modulo:

Vediamo i vari parametri elettrici di un modulo fotovoltaico che ci permettono di scegliere il modulo fotovoltaico.

La radiazione solare è intermittente, quindi per poter comporre dei parametri standard devono scegliere delle condizioni standard di test e di utilizzo.

Vediamo quindi che si utilizza l'irradianza, ovvero la potenza solare al metro quadro, la temperatura della cella (legata alla velocità a cui avvengono le reazioni chimiche all'interno della cella), e la massa d'aria sopra il modulo.

Questi parametri si chiamano Standard Test Condition (STC):

• Potenza nominale: misurata in [W] watt di picco ovvero il massimo valore possibile

Questo è il tipico grafico di tensione e corrente di un modulo

in percentuale per grado)- efficienza del modulo fotovoltaico (rapporto tra la potenza elettrica generata e la potenza luminosa incidente)- durata del modulo fotovoltaico (tempo di vita utile del modulo)- garanzia del modulo fotovoltaico (periodo di copertura da eventuali difetti o malfunzionamenti)- rendimento del modulo fotovoltaico (rapporto tra la potenza elettrica generata e la potenza luminosa incidente)- resistenza agli agenti atmosferici (capacità del modulo di resistere a condizioni climatiche avverse)- resistenza meccanica (capacità del modulo di resistere a sollecitazioni meccaniche)- dimensioni del modulo fotovoltaico (dimensioni fisiche del modulo)- peso del modulo fotovoltaico (peso del modulo)- costo del modulo fotovoltaico (prezzo di acquisto del modulo)- installazione del modulo fotovoltaico (modalità di installazione del modulo)- manutenzione del modulo fotovoltaico (interventi di manutenzione necessari per il corretto funzionamento del modulo)- integrazione architettonica (capacità del modulo di integrarsi esteticamente nell'ambiente circostante)- impatto ambientale (impatto del modulo sull'ambiente durante il suo ciclo di vita)- normative e incentivi (leggi e regolamenti che regolano l'installazione e l'utilizzo dei moduli fotovoltaici)- applicazioni del modulo fotovoltaico (utilizzo del modulo in diversi contesti e settori)- sviluppo tecnologico (innovazioni e progressi nel campo dei moduli fotovoltaici)- prospettive future (previsioni sul futuro dei moduli fotovoltaici e del settore fotovoltaico in generale).

In percentuale per grado) Un buon modulo fotovoltaico ha un coefficiente potenza temperatura molto piccolo; infatti d'estate a mezzogiorno un modulo può arrivare a lavorare fino a 70°C e se vediamo che le STU sono a 25°C, (70-25)*0.37=16.65. Ovvero il modulo perde il 16.65% della potenza nominale.

Questi coefficienti esistono per poter studiare come si comporta il pannello al variare della temperatura e per generare quindi le seguenti curve:

Se aumenta la temperatura, diminuisce la tensione di circuito aperto e aumenta la corrente. All'aumento della temperatura quindi diminuisce la potenza. Infatti vediamo che all'aumentare della temperatura si aumenta la corrente, ma di un ordine di grandezza in meno di quanto non.