IMPIANTO FOTOVOLTAICO

COSA  C’E’  DA  SAPERE  SUL  FUNZIONAMENTO  DI  UN  IMPIANTO  FOTOVOLTAICO

INDICE:

1. A cosa serve un impianto fotovoltaico?
2. Qual è il principio fisico in base al quale una cella fotovoltaica produce energia elettrica quando viene colpita dalla luce del sole?
3. Dalla cella fotovoltaica al generatore di corrente
4. Da cosa è composto un impianto fotovoltaico?
5. Come funziona un impianto fotovoltaico?

COSA  C’E’  DA  SAPERE  SUL  FUNZIONAMENTO  DI  UN  IMPIANTO  FOTOVOLTAICO

Con l’acquisto di un impianto fotovoltaico, non solo si fa la scelta giusta per preservare l’ambiente ma si risparmia anche sulla bolletta e si diventa più indipendenti dai fornitori di elettricità.

1 A cosa serve un impianto fotovoltaico?

Un impianto fotovoltaico serve per produrre corrente elettrica. Il fotovoltaico è una tecnologia grazie alla quale è possibile trasformare l’energia associata alla radiazione solare (fotoni) in energia elettrica, sfruttando il cosiddetto effetto fotovoltaico. Alcuni materiali semiconduttori, per lo più silicio, se opportunamente trattati, sono in grado di generare elettricità quando vengono colpiti dalla radiazione solare, senza dover ricorrere ad alcun combustibile. Un impianto fotovoltaico trasforma l’energia fotonica del sole in corrente elettrica alternata che può essere utilizzata dalle utenze domestiche, industriali o commerciali.

2 Qual è il principio fisico in base al quale una cella fotovoltaica produce energia elettrica quando viene colpita dalla luce del sole?

Il componente base di un impianto fotovoltaico è la cella fotovoltaica. Esistono diversi tipi di celle:

celle fotovoltaiche in silicio monocristallino: i cristalli di silicio di elevata purezza vengono trattati con un particolare processo fino a formare un lingotto cilindrico di cristalli monocristallini. Tale lingotto viene tagliato in fettine sottilissime (wafer). I wafer lavorati opportunamente diventano celle fotovoltaiche che hanno la caratteristica di avere i cristalli della stessa forma ed orientati nella stessa direzioni. Per tale ragione, le celle monocristalline hanno un’efficienza molto elevata ma anche una particolare fragilità

 

celle fotovoltaiche in silicio policristallino: i cristalli di silicio non di elevata purezza vengono trattati con un altro processo fino a formare un le celle policristalline. I costi di produzione di queste celle sono inferiori rispetto a quelle monocristalline ed il processo di lavorazione produce celle con cristalli dalle diverse forme che sono orientate in tutte le direzioni. Per tale ragione tali celle hanno un’efficienza leggermente inferiore rispetto alle monocristalline anche se hanno la caratteristica di raccogliere meglio i raggi provenienti da tutte le direzioni. Anche queste celle sono fragili.

 

Entrambe le celle cristalline sono adagiate su supporti rigidi che ne garantiscono la resistenza e vengono collegate fra loro elettronicamente attraverso delle bandelle di rame per formare i moduli fotovoltaici che poi possono essere lasciati senza cornice (frameless) oppure contornati da un profilo di alluminio (pannelli) allo scopo di facilitarne il montaggio su strutture di sostegno e fissaggio metallici.

 

celle fotovoltaiche a film sottile o in silicio amorfo: in questo caso la materia attiva di conversione dell’energia solare in corrente elettrica, può essere ottenuta in forma di gas con il vantaggio di poter essere depositata in strati spessi pochi micron e su una grande varietà di superfici di appoggio non necessariamente rigide. Le caratteristiche di questo tipo di celle sono prevalentemente due: ·         possono adeguarsi e possono essere montate su una maggiore varietà di superfici di immobili, ·         presentano nel tempo una maggiore instabilità nella capacità produttiva di energia

 

Esistono anche altri materiali utilizzati per realizzare celle fotovoltaiche che però non hanno avuto diffusione a causa di alcune caratteristiche antieconomiche o di non compatibilità ambientale in quanto realizzate con materiali inquinanti. Per tale ragione, non avendo qui l’obiettivo di fare un trattato sul funzionamento dell’energia fotovoltaica, non ne parliamo. Come abbiamo detto quindi, il materiale semiconduttore più utilizzato nella tecnologia del fotovoltaico è il silicio. Quando i fotoni della luce solare (particelle di energia) colpiscono la cella fotovoltaica in modo sia diretto che indiretto, una parte di energia si trasforma in calore, una parte viene riflessa, ed un’ultima parte provoca uno spostamento degli elettroni degli atomi del materiale semiconduttore opportunamente drogato. L’energia del flusso di fotoni libera un certo numero di elettroni che si spostano da una parte all’altra della cella dirigendosi verso le lacune degli atomi componenti la cella stessa. Gli elettroni spostati nella struttura atomica del semiconduttore iniziano a scorrere, producendo una corrente elettrica continua (CC) nel corpo del semiconduttore. Tale corrente continua viene raccolta e convogliata dalle bandelle di rame stagnato al fine di raccogliere e ottimizzare il flusso di produzione di corrente elettrica.

3 Dalla cella fotovoltaica al generatore di corrente

Esiste un valore di massima radiazione solare al suolo (posizione orizzontale) e questo viene assunto pari a 1.000 W/mq in condizioni standard di 25° celsius di temperatura ed un’aria massa pari a 1,5. In queste condizioni standard, una cella fotovoltaica è in grado di produrre circa 1,5W. La potenza in uscita da un dispositivo fotovoltaico, quando esso lavora in condizioni standard, prende il nome di potenza di picco (espressa in Wp – watt picco) ed è un valore che viene usato come riferimento per progettare un impianto fotovoltaico.

Più celle assemblate e collegate in serie fra di loro costituiscono un modulo fotovoltaico. Al fine di ottenere una maggiore comodità di installazione e una maggiore resistenza meccanica, i moduli vengono assemblati fra di loro in serie e raccolti in una cornice per costituire un pannello fotovoltaico la cui potenza può arrivare anche fino a 360 Watt per ogni singolo pannello.

Più moduli/pannelli vengono collegati in serie fra loro, formando una stringa, al fine di aumentare la tensione e la potenza dell’impianto fotovoltaico.

Più stringhe, collegate generalmente in parallelo fra loro, costituiscono il campo fotovoltaico o generatore fotovoltaico. Il trasferimento dell’energia prodotta dal campo fotovoltaico all’utenza avviene attraverso il cablaggio del sistema fotovoltaico e la trasformazione della corrente continua (CC) in corrente alternata (CA) attraverso l’inverter. In sostanza, i cavi e i dispositivi elettrici, in genere montati dentro dei quadri elettrici, servono per organizzare la corrente in modo tale da garantire la sicurezza all’intero circuito elettrico fotovoltaico e della casa nel pieno rispetto delle normative. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System).

4 Da cosa è composto un impianto fotovoltaico?

L’impianto fotovoltaico è sostanzialmente un sistema composto da diversi elementi:

1. Pannelli fotovoltaici: sono dei moduli fatti da celle fotovoltaiche realizzate con un materiale semiconduttore, generalmente silicio, assemblate fra di loro, quasi sempre, in pannelli con una cornice di alluminio protettiva. I pannelli sono in grado di convertire l’energia fotonica del sole in energia elettrica continua (CC) mediante l’effetto fotovoltaico.
2. Gli ottimizzatori: sono dei congegni elettrici che ottimizzano la produzione di corrente elettrica prodotta da ogni singolo pannello fotovoltaico.
3. I pannelli fotovoltaici sono agganciati al tetto con una struttura di sostegno e fissaggio, in acciaio o in alluminio, che dà loro anche uno specifico orientamento. Queste strutture sono progettate per assicurare la messa in sicurezza dell’impianto e ne garantiscono la stabilità.
4. Quadri elettrici: quadro di campo, di parallelo e di manovra dal lato della corrente continua (CC)

• quadro di protezione uscita inverter e di interfaccia dal lato della corrente alternata (CA):

questi quadri permettono il corretto funzionamento e la precisa protezione del sistema elettrico fotovoltaico e del sistema elettrico di casa. Fra produzione e utenza sono interposti dispositivi e circuiti con funzioni elettriche ben precise. Infatti normalmente questi quadri sono posizionati a monte e a valle dell’inverter proprio al fine di proteggere l’intero sistema elettrico da malfunzionamenti provenienti o dal campo fotovoltaico o dalla rete. Dentro i quadri sono alloggiati alcuni congegni elettronici che svolgono precise funzioni: fra questi ad esempio ci sono i sezionatori e gli scaricatori di sovratensioni ecc.. Il sezionatore è un congegno di sicurezza che permette di scollegare il campo fotovoltaico o una parte di esso, in caso di interventi sulla rete o sull’impianto fotovoltaico stesso. Lo scaricatore di sovratensioni invece protegge l’impianto in caso di malfunzionamenti dovuti a sovraccarichi di tensione elettrica causate per esempio da un fulmine che cade in prossimità o sul campo fotovoltaico oppure provenienti dalla rete.

5     L’inverter: converte la corrente continua (CC) prodotta dai pannelli fotovoltaici, in corrente alternata (CA) utilizzabile dalle utenze. L’inverter, inoltre, legge i dati di produzione dell’impianto a cui si può accedere comodamente tramite il portale di monitoraggio potendo effettuare le letture dei dati oltre che dal display dell’inverter anche dal pc o dal cellulare.

6     Il contatore di produzione GSE: contabilizza la quantità di energia prodotta dall’impianto fotovoltaico.

7     Il contatore elettrico bidirezionale o di scambio sul posto: contabilizza la quantità di energia elettrica prelevata dalla rete e/o di quella immessa in rete.

8     Accumulo elettrico (batteria): la batteria permette di accumulare l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici durante le ore di luce. L’accumulo aiuta a ridurre ulteriormente la dipendenza dalla rete, infatti, le utenze possono impiegare corrente elettrica, stoccata nelle batterie, anche di notte ed in tutti i momenti in cui l’impianto fotovoltaico non riesce a produrre sufficiente energia; in tal modo l’accumulo favorisce l’autoconsumo e quindi il risparmio. Un accumulo può essere installato sia al momento dell’acquisto dell’impianto fotovoltaico sia in momenti successivi installandolo su impianti fotovoltaici già esistenti.

 

5 Come funziona un impianto fotovoltaico?

Esistono due grandi famiglie di impianti fotovoltaici, quelli connessi alla rete o grid connected, cioè allacciati alla rete elettrica pubblica e quelli non connessi alla rete pubblica cioè ad isola o stand alone, quindi completamente autonomi (normalmente utilizzati in siti logistici particolari dove non arriva la rete pubblica, come ad esempio i rifuggi alpini o piccole isole). Alla luce della tecnologia attuale, consigliamo comunque di installare impianti grid connected in quanto tale soluzione, grazie alla rete, permette di avere disponibilità di energia a tutte le ore della giornata ed in tutte le condizioni di tempo, pur assicurando un certo grado di autonomia ed indipendenza.

Gli impianti grid connected hanno la caratteristica di lavorare in regime di interscambio con la rete elettrica locale. In pratica, nelle ore di luce, l’utenza consuma l’energia elettrica prodotta dal proprio impianto fotovoltaico, mentre in assenza di luce oppure se l’utenza richiede più energia di quella che l’impianto è in grado di fornire, sarà la rete elettrica nazionale a garantire l’approvvigionamento dell’energia elettrica necessaria. Inoltre, nel caso in cui l’impianto fotovoltaico produca più energia di quella richiesta dall’utenza, tale energia potrà essere accumulata dentro delle batterie elettriche oppure immessa in rete. In quest’ultimo caso ci sarà il beneficio economico derivante dalla vendita della corrente elettrica prodotta e non utilizzata, al gestore della rete elettrica nazionale. Si parla di cessione delle “eccedenze” alla rete elettrica locale o scambio sul posto.