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FOTOVOLTAICO
L’Energia fotovoltaica
Il Sole, il vento, il mare e il calore della terra grazie alla tecnologia odierna sono oggi a disposizione di tutti, sono inesauribili e rappresentano una riserva energetica per le generazioni future. Iniziare a produrre energia tramite fonti rinnovabili si traduce da subito in un risparmio sia in termini energetici che rispetto alle emissioni di CO2 nella nostra atmosfera. Le energie rinnovabili - energia eolica, solare (termica e fotovoltaica), idraulica, mareomotrice, geotermica e da biomassa - sono un’alternativa fondamentale ai combustibili fossili. Il loro impiego permette di ridurre non soltanto le emissioni di gas a effetto serra provenienti dalla produzione e dal consumo di energia, ma anche la dipendenza dell’Unione europea (UE) dalle importazioni di combustibili fossili (in particolare gas e petrolio).
Il termine Fotovoltaicoè composto dalla parola greca phos (=luce) e Volt (=unitá di misura della tensione elettrica). Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Il funzionamento dei dispositivi fotovoltaici si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l'energia della radiazione solare in energia elettrica continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il silicio, tale materiale è in grado di produrre energia elettrica se irraggiato dalla luce solare. I pannelli fotovoltaici vengono installati sul tetto della propria abitazione o ovunque ci sia un'esposizione diretta ai raggi solari (es. terrazze, cortili, terreni ecc.). La luce solare è trasformata in energia elettrica alternata, usufruibile per tutte le normali attività domestiche, quella invece prodotta in eccesso, rispetto ai consumi, viene venduta alla società di distribuzione dell’energia elettrica come credito da applicare sulla bolletta. Questo quadro si è ampliato radicalmente nel 2005, quando l'Italia ha approvato il primo "Conto Energia" in base al quale chiunque può rivendere l'energia prodotta dai pannelli solari ottenendo in cambio un reddito netto.
Gli elementi di un impianto fotovoltaico
I componenti principali di un impianto fotovoltaico isolato sono:
- Generatore fotovoltaico
- Inverter
- Regolatore di tensione
- Accumulatore
L'elemento principale di un generatore fotovoltaico è la cella.
Più celle costituiscono un modulo fotovoltaico e più moduli collegati in serie formano un pannello fotovoltaico. Più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa e più stringhe, collegate in parallelo, costituiscono il generatore fotovoltaico.
Una cella fotovoltaica è costituita da una sottile "fetta" di materiale semiconduttore trattata in modo da generare energia elettrica quando viene colpita dalla radiazione luminosa.
Un modulo è costituito da 36 celle poste in serie e consente di produrre una potenza di circa 50 Watt. Ogni singola cella fotovoltaica (FV) può produrre circa 1,5 Watt di potenza a una temperatura standard di 25°C ed un valore dell’irraggiamento di 1000 kWh/m2. L'energia prodotta dal modulo prende il nome di potenza di picco (Wp). La modularità dei pannelli fotovoltaici consente una vasta flessibilità di impiego. Le celle possono essere combinate in serie sulla base delle reali esigenze energetiche dell'utenza o sulle caratteristiche della superficie destinata all'impianto. L'energia elettrica in uscita dal modulo passa per dispositivi balance of system per adattare la corrente e trasformarla in corrente alternata tramite il sistema di inverter. L'energia così modificata è introdotta nella rete elettrica per alimentare il consumo di elettricità locale (sistemi isolati in case o imprese) o per essere computata a credito da uno speciale contatore del gestore della rete elettrica.
Il Flusso Luminoso proveniente dal Sole (radiazione solare) investe il materiale semiconduttore del pannello solare, gli atomi di silicio del pannello compongono un reticolato cristallino tridimensionale di forma tetraedrica in cui ognuno di essi mette in comune uno dei suoi quattro elettroni di valenza. L'elettrone in comune è quello con orbita più esterna mediante il quale avviene la conduzione elettrica. Un impianto FV funziona tramite la cellafotovoltaica che è l’unità elementare di un impianto e può essere prodotta con diverse tipologie di silicio:
Ogni cella si compone in un modulo fotovoltaico che è un insieme di celle. Il pannello è l’insieme di moduli collegati e rappresenta la struttura ancorabile al suolo o al corpo edilizio, mentre la stringa è l’insieme di pannelli collegati in serie. Il generatore fotovoltaico è costituito dall’insieme di stringhe collegate in parallelo per ottenere la potenza voluta. L’inverter è l’apparato elettronico che converte l’energia elettrica da corrente continua (CC), prodotta dal campo fotovoltaico, in corrente alternata (CA), per l’utilizzo e l’allacciamento alla rete.
Quanta energia produce un impianto fotovoltaico?
La quantità di energia prodotta da un generatore fotovoltaico varia nel corso dell’anno e dipende da una serie di fattori come la latitudine e l’altitudine del sito, l’orientamento e l’inclinazione della superficie dei moduli, e le caratteristiche di assorbimento e riflessività del territorio circostante.
A seconda della localizzazione , i kWh elettrici generati mediamente in un anno e immessi in rete, per ogni metro quadrato di moduli in silicio monocristallino e in silicio policristallino, per un impianto di potenza nominale pari ad 1kWp (si tenga conto che esso corrisponde a circa 8m2 di moduli in silicio cristallino e a 10m2 di quelli in silicio policristallino).
Gli impianti installati per il progetto di “Scuole Solarizzate” hanno potenze di picco pari a 10 kWp e 20kWp.
La producibilità di energia elettrica di tali impianti è:
Potenza di picco |
Producibilità energia elettrica |
10 kWp |
14.395 kWh/anno |
20 kWp |
29.011 kWh/anno |
Dove e come posizionare un impianto fotovoltaico
L’ installazione più diffusa di un impianto fotovoltaico sono quelle sugli edifici.
Nella scelta del posizionamento di un impianto fotovoltaico su un edificio deve essere considerato come primo fattore l’assenza di ombreggiamenti e poi ovviamente l’esposizione.
Tipicamente viene utilizzata la copertura dell’edificio, raramente le superfici verticali, per realizzare dei frangisole o altre strutture atte a integrarsi nell’edificio, salvo la possibilità di utilizzo di pannelli fotovoltaici frangisole orientabili posizionabili come rivestimento di facciata, ad esempio di palazzine a uso uffici
Occorre considerare il posizionamento degli inverter in luogo abbastanza prossimo al campo fotovoltaico costituito dai moduli, in modo da limitare le dispersioni sui cavi di continua che incidono sulla produzione, e in luogo possibilmente riparato da polvere o altri fenomeni atmosferici e comunque abbastanza ventilato in modo da poter dissipare il calore prodotto dalle macchine nelle ore di funzionamento.
Un impianto fotovoltaico orientato a sud massimizza l’energia prodotta in un anno, rispetto a un impianto ad esempio orientato a est. Il primo avrà tipicamente un picco di produzione nelle ore centrali della giornata; il secondo avrà quasi tutta la produzione nella prima parte della giornata.
Un soggetto che voglia massimizzare la quantità di energia che riesce a consumare istantaneamente rispetto alla produzione fotovoltaica, per motivi di valorizzazione economica dell’energia, è facile che riesca a sfruttare meglio un impianto realizzato sulle falde est e ovest dell’edificio.
In questo caso la produzione giornaliera risulta uniformemente distribuita nelle ore di luce, rispetto a un impianto orientato a sud che ha buona parte della produzione nelle ore centrali della giornata
Benefici ambientali
L’energia elettrica prodotta con il fotovoltaico ha un costo nullo per combustibile: per ogni kWh prodotto si risparmiano circa 250 grammi di olio combustibile e si evita l’emissione di circa 700 grammi di CO2, nonché di altri gas responsabili dell’effetto serra, con un sicuro vantaggio economico e soprattutto ambientale per la collettività .
Si può valutare in 30 anni la vita utile di un impianto (ma molto probabilmente essi dureranno molto di più); il che significa che un piccolo impianto da 1,5 kWp, in grado di coprire i due terzi del fabbisogno annuo di energia elettrica di una famiglia media italiana (2.500kWh), produrrà, nell’arco della sua vita efficace, quasi 60.000kWh, con un risparmio di circa 14 tonnellate di combustibili fossili, evitando l’emissione di circa 40 tonnellate di CO2.
Gli impianti installati nell’ambito del progetto “Scuole Solarizzate” permettono di risparmiare:
Potenza di picco |
Emissioni di CO2 evitate/anno |
10 kWp |
10 tonnellate |
20 kWp |
20 tonnellate |
Il Progetto “Scuole Solarizzate”
In attuazione degli indirizzi strategici dell’amministrazione comunale per il risparmio energetico e per la creazione del polo industriale energetico, il Comune di Napoli, insieme con l’ABC (Acqua Bene Comune), in quanto ente attuatore e l’ANEA (Agenzia Napoletana Energia e Ambiente), ha predisposto un primo piano di interventi, approvato con delibera di G.C. n°1373 del 26.09.08, per la realizzazione di un sistema integrato di impianti fotovoltaici su edifici di proprietà comunale denominato “Scuole Solarizzate” con una potenza complessiva di 600 kWp installati.
Sulla base della produzione annua di energia elettrica sulla base di una ipotesi di 600 kWp, pari a 810.000 kWh/anno, è possibile stimare i benefici ambientali, in termini di emissioni di anidride carbonica (CO2) evitate:
Anidride carbonica (CO2) annua evitata [t] |
640 |
Anidride carbonica (CO2) evitata in 20 anni [t] |
12.800 |
Il sistema di impianti fotovoltaici è caratterizzato da una serie di aspetti peculiari che ne valorizzano il carattere pilota e dimostrativo quali:
- progettazione degli impianti per ottimizzare al massimo il loro rendimento (BOS) e quindi scelta dei componenti (pannelli, inverter, ecc.) con caratteristiche tecniche di prestazioni secondo gli standard più elevati
particolare attenzione all’integrazione architettonica
- sofisticato sistema di gestione remota, al fine di offrire avanzati servizi di gestione e controllo che permetteranno di monitorare le performance dell'impianto identificando tempestivamente eventuali anomalie di funzionamento.
- sistema di pannelli informativi “energy infopoint” localizzati nel plesso scolastico, oggetto dell’intervento, che forniscono informazioni in tempo reale sulla produzione di energia elettrica e sul quantitativo di emissioni di CO2 evitate in atmosfera rendendo l’impianto FV un strumento didattico;
- installazione di un sistema di monitoraggio dell’irraggiamento solare in modo da verificare il rendimento del pannello in tutte le condizioni climatiche
Fonte: http://www.istitutocomprensivosabatinominucci.it/solare.doc
Sito web da visitare: http://www.istitutocomprensivosabatinominucci.it
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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