Tesi - Medio Oriente Nuova Frontiera delle Energie Rinnovabili

ORIENTAMENTO

L'orientamento dei pannelli solari è un altro fattore determinante del rendimento

di un impianto solare. Il massimo rendimento dei pannelli solari si ottiene quando

le radiazioni solari irraggiano in modo diretto e perpendicolare. Generalmente

l'orientamento dei pannelli solari è verso l'equatore, verso sud nell'emisfero

39

boreale e verso nord nell'emisfero boreale. L'orientamento ottimale varia nel corso

della giornata.Per questa ragione gli impianti solari più avanzati sono dotati di

automatismi mobili in grado di far girare i pannelli per seguire il cammino del

sole.

INCLINAZIONE

Consente di massimizzare il rendimento energetico dei pannelli. I pannelli devono

essere inclinati alla giusta inclinazione per consentire l'irraggiamento

perpendicolare dei raggi solari. L'inclinazione ottimale è determinata dalla

latitudine del sito in cui è ubicato l'impianto e dal periodo dell'anno. Anche in

questo caso, come già visto per l'orientamento, gli impianti solari di medio-grandi

dimensioni sono spesso dotati di servo-meccanismi automatici per modificare

l'inclinazione dei pannelli solari nel corso del tempo.

FATTORI AMBIENTALI

E' chiaro che un impianto solare, qualsiasi esso sia, prima di essere montato e

messo in funzione vengono considerati alcuni fattori fondamentali tra cui i valori

medi di irraggiamento solare in qualsiasi stagione, i valori medi di piovosità ecc.

PANNELLI FOTOVOLTAICI

2.1.2 Pannelli al silicio monocristallino

I pannelli al silicio monocristallino sono celle di un modulo al silicio

monocristallino costituito da un singolo cristallo di silicio, il che garantisce una

massima conducibilità dovuta al perfetto allineamento degl' atomi di silicio allo

stato puro. Maggiore è la purezza del materiale, maggiore è il rendimento, che nel

caso di pannelli al silicio monocristallino si aggira attorno al 15%.

Vantaggi

Poiché i pannelli solari monocristallini annoverano il più alto grado di purezza del

silicio in essi contenuto sono anche i più efficienti. Il tasso di rendimento (la

quantità di energia sotto forma di luce solare che viene convertita in energia

elettrica), di solito si aggira intorno al 12-19 per cento.

40

Un altro modo di dire “ad alta efficienza” è “spazio-efficienti”. Poiché i pannelli

monocristallini hanno la più elevata potenza di produzione, richiedono anche una

minore quantità di spazio per ottenere una capacità desiderata rispetto agli altri

tipi. I pannelli in silicio monocristallino hanno di solito tra le 60 e 72 celle

fotovoltaiche, l’equivalente di una potenza di 120-300 Wp (watt di picco).

Inoltre tendono a durare più a lungo e la maggior parte dei produttori da una

garanzia di 25 anni su di loro.

Di solito funzionano meglio di un pannello solare policristallino classificato nella

stessa categoria a condizioni di minor intensità solare e a temperature inferiori.

Svantaggi

I pannelli solari monocristallini sono i più costosi. Dal punto di vista finanziario,

se si dispone di spazio sufficiente, si dovrebbe scegliere un pannello solare che è

fatto di silicio amorfo o policristallino.

è parzialmente coperto da ombra, sporco o neve, l’intero circuito è

Se il pannello questo potrebbe significare che l’intera

rotto. Se non si utilizza un micro-inverter,

fila di pannelli solari avrà un rendimento di molto inferiore a quello nominale.

Per creare il silicio monocristallino, si devono fabbricare grandi lingotti cilindrici

–

con il processo Czochralski Il processo Czochralski è una tecnica introdotta nei

sistemi produttivi industriali agli inizi degli anni ‘50, che permette di ottenere la

crescita di monocristalli di estrema purezza. In ambito industriale tale processo è

impiegato principalmente nella crescita di blocchi di silicio, che si ottengono con

la forma di pani cilindrici. Il processo prende il nome dal ricercatore polacco Jan

Czochralski, che lo sviluppò nel 1916 mentre stava studiando la cristallizzazione

dei metalli -. A causa della geometria di questi lingotti, le celle in silicio

monocristallino non sono interamente quadrate, e quantità significative di silicio

finisce ad essere sprecata.

I pannelli monocristallini sono più efficienti durante la stagione fredda, ma

quando la temperatura aumenta, il tasso di conversione elettrica diminuisce.

41

2.1.3 Pannelli al silicio policristallino

Le celle di un pannello in silicio policristallino (o multi-cristallino) sono costituite

da un insieme di più cristalli di silicio; ciò rappresenta una minore purezza che va

ad influire sul rendimento del pannello stesso, infatti il rendimento di un pannello

policristallino si aggira intorno all' 11% - 14%.

Vantaggi

Il processo utilizzato per confezionare il silicio policristallino è più semplice e

meno costoso. Dal momento che i wafer sono già quadrati, c’è anche minor

spreco in confronto al monocristallino. Pertanto, i pannelli solari policristallini

costano meno.

I pannelli policristallini hanno una tolleranza al calore superiore a quelli realizzati

in silicio monocristallino. La temperatura influisce sulle prestazioni di un pannello

fotovoltaico e può anche ridurre la durata della sua vita. Tuttavia, la maggior parte

dei policristallini sono dotati della stessa garanzia di 25 anni.

Tendono ad aver risultati migliori rispetto ai monocristallini quando impiegati ad

alte temperature.

Svantaggi 42

Questi pannelli non sono efficienti come quelli monocristallini poiché il silicio è

meno puro. In aggiunta l’inferiore tolleranza al calore contribuisce negativamente

anche sui tassi di rendimento. Tuttavia, la tecnologia è in costante miglioramento.

Tra non molto i policristallini si avvicineranno ai tassi di rendimento dei

monocristallini.Pertanto, è necessario coprire una superficie maggiore per

produrre la stessa potenza elettrica che si farebbe con un pannello in silicio

monocristallino.Alcune persone pensano che i pannelli solari monocristallini e

quei a film sottile abbiano un aspetto migliore in quanto hanno un colore uniforme

rispetto all’aspetto a chiazze blu del silicio policristallino.

2.1.4 Pannelli al sicicio amorfo

Le celle dei moduli in silicio amorfo sono realizzate con atomi di silicio senza

alcuna disposizione spaziale ordinata. La poca omogenità di tali celle implica una

semplice realizzazione, ma ciò influisce sul rendimento, che per tali pannelli si

aggira attorno al 6%. Spesso i pannelli di silicio amorfo vengono fatti depositare

su materiali plastici e flessibili in modo da plasmare il pannello adattandolo,

eventualmente alla superfice disponibile, ottenendo dei fogli sottili con le

caratteristiche dei moduli fotovoltaici.

Vantaggi 43

Invece di wafer di silicio spesse, le celle solari a film sottile si ricoprono di

materiale fotovoltaico appena sufficiente a coprire la superficie dei substrati. I

pannelli solari in silicio amorfo utilizzano addirittura minori quantità di silicio

rispetto a ambedue i pannelli mono-e policristallini.

Il processo di produzione che si utilizza per la produzione di celle solari a film

sottile in silicio amorfo è relativamente semplice, facile da scalare, e richiede solo

piccole quantità di silicio. Tali celle solari sono quindi generalmente più

economiche di quelle in silicio cristallino. Può essere reso flessibile e leggero. Un

modulo flessibile permette di essere molto più creativi quando si tratta di

applicazioni. Essi possono essere posizionati su superfici curve e probabilmente in

futuro essere incorporati in indumenti! La resistenza e la flessibilità di pannelli

solari a film sottile sono altamente dipendenti dalla superficie a cui è collegato.

Questi pannelli fotovoltaici offrono prestazioni migliori in condizioni di luce

peggiori e reagiscono meglio in casi di copertura parziale, come sotto ombra,

sporcizia e neve rispetto ai pannelli cristallini.

Svantaggi

I pannelli solari a film sottile non durano cosi a lungo come quelli mono-e

policristallini. La garanzia rilasciata dal costruttore è quindi di solito inferiore a

quella degli altri pannelli solari.

Le celle solari amorfe hanno solo un tasso di conversione del 6-12 per cento.

Tuttavia, poiché la tecnologia è relativamente nuova, i tassi di efficienza sono

attesi di crescere costantemente fino ad avvicinarsi a quelle dei pannelli cristallini.

I pannelli solari realizzati con questo materiale sono quindi i meno efficienti

quando si guarda lo spazio, il che significa che si deve coprire una superficie

maggiore per avere la stessa potenza del silicio cristallino. Essi sono anche molto

più pesanti. 44

2.1.5 Pannelli con tecnologia CIS

I pannelli fotovoltaici con tecnologia CIS utilizzano al posto del semiconduttore

una miscela di Rame, Indio e Selenide (CuInSe2). Questa tecnologia è nuova

come conferma il fatto che pochissime aziende a livello mondiale l'abbiano

inserita nelle linee di produzione. I test in laboratorio mostrano una efficienza che

può arrivare anche al 18% rendendo questa tecnologia una scommessa per il

futuro e una nuova strada per la costruzione di moduli fotovoltaici economici ed

efficienti.

Vantaggi

Sicuramente uno dei principali vantaggi consiste nella migliore resa energetica in

caso di illuminazione parziale o problematica. In condizioni di irraggiamento non

ottimale o ombreggiamento, un pannello al Silicio si rivela meno efficiente di un

modello CIS.

I pannelli CIS riportano un incremento di efficienza maggiore fino ad una

percentuale del 10% rispetto al Silicio, condizione notevolmente visibile in caso

di installazioni in movimento o su terreni ad elevata densità nuvolosa. I pannelli

45

CIS sono inoltre maggiormente flessibili e resistenti a condizioni atmosferiche

critiche ed intemperie.

Svantaggi

I moduli CIS si presentano di dimensioni notevolmente maggiori rispetto alle

comuni installazioni al Silicio, fattore che può diventare determinante per un

punto a sfavore nell'ambito dello sfruttamento della questa tecnologia soprattutto

in caso di parità di potenza.

COLLETTORI SOLARI

2.1.6 Torre solare

La Torre si colloca su un piano rialzato costituito da una serie di vetri

sotto ai quali l’aria è riscaldata dai raggi solari i quali creano il famoso

trasparenti

effetto serra. A questo punto l’aria calda è portata a risalire verso la parte alta

della Torre, dove si azioneranno una serie di turbine che produrranno energia

46

elettrica 24 ore su 24, poiché il calore accumulato durante il giorno viene

rilasciato anche di notte.

Il maggior pregio o vantaggio di