L’impianto Fotovoltaico
Un impianto fotovoltaico è essenzialmente costituito da un “generatore” (i pannelli solari), da un “sistema conversione della potenza” (l’ inverter) , e da un eventuale “accumulatore di energia” (la batteria). Naturalmente è presente anche una “struttura di sostegno” per il montaggio su coperture inclinate oppure possono essere presenti dei telai metallici fissi o mobili per la posa su superfici piane. Ultimo ma non meno importante, è la presenza di un “sistema di monitoraggio” dell’ impianto, utile a tenere sotto controllo lo stato di salute dell’ intero sistema con informazioni relative ai pannelli fotovoltaici, gli inverter, lo stato della rete elettrica e la capacità produttiva dell’ impianto nel suo insieme.
Questi sono gli elementi essenziali di un impianto fotovoltaico che vanno opportunamente collegati e configurati tra di loro in base alle specifiche tecniche dei vari elementi.
Un altro aspetto poco considerato è quello autorizzativo che varia in base alle località di installazione e per le quali bisogna di volta in volta chiedere al Comune quali sono le procedure da seguire. In base alla tipologia di installazione, la dimensione dell’ impianto e al sito di intervento, possono essere richiesti vari tipi di titoli autorizzativi, oppure l’ intervento può essere classificato come edilizia libera se l’ installazione dei pannelli è complanare alla copertura
Il pannello Fotovoltaico
Il generatore fotovoltaico è costituito dall’ insieme dei “moduli fotovoltaici”, più comunemente conosciuti come “pannelli solari” o “pannelli fotovoltaici”.
Il componente elementare di un modulo fotovoltaico è senza dubbio la cella. È qui che avviene la conversione della radiazione solare in corrente elettrica. Essa è costituita da una sottile fetta di materiale semiconduttore, quasi sempre silicio, opportunamente trattato, e dallo spessore di circa 0,3mm. Può essere rotonda con smussatura agli angoli oppure quadrata e ha una superficie incidente con il sole compresa tra i 100 e i 225 cm2.
Più celle collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura comune, ancorabile al suolo o ad un edificio. Più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa. Più stringhe, collegate insieme (generalmente in parallelo) forniscono la potenza richiesta, e costituiscono il generatore fotovoltaico. Dal punto di vista elettrico non ci sono praticamente limiti alla potenza che può produrre un sistema fotovoltaico, perché il collegamento in parallelo di più file di moduli, (le “stringhe”), consente di ottenere potenze elettriche di qualunque valore.
Il trasferimento dell’energia dal sistema fotovoltaico all’ utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi necessari a trasformare la Corrente Continua in Corrente Alterna, adattandola alle esigenze dell’utenza finale. Questa trasformazione viene comunemente indicata in gergo tecnico in questo modo “CC/CA”.
L’ Inverter
È chiaro che il generatore fotovoltaico funziona solo in presenza di luce solare. L’alternanza giorno/notte, il ciclo delle stagioni e le variazioni delle condizioni meteorologiche fanno sì che la quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico non sia costante né al variare delle ore del giorno, né al variare dei mesi dell’anno. Ciò significa che, nel caso in cui si voglia dare la completa autonomia all’ utenza, occorrerà o collegare gli impianti alla rete elettrica di distribuzione nazionale o utilizzare dei sistemi di accumulo dell’energia elettrica che la rendano disponibile nelle ore di soleggiamento insufficiente.
Ormai sono molte case offrono prodotti validi nel mercato , offrendo garanzia di lunga durata (non meno di 10 anni), dotate di certificazioni europee e al passo con le tecnologie più aggiornate. Non è infatti difficile seguire l’ aggiornamento del mercato, che offre prodotti sempre più performanti, leggeri ed esteticamente attraenti.
Il Sistema di accumulo
L’ accumulo è un sistema opzionale, non obbligatorio, che può essere aggiunto all’ impianto fotovoltaico tradizionale per accumulare l’ energia prodotta dall’ impianto e non immediatamente utilizzata. E’ facile intuire che l’ accumulo apporta enormi vantaggi dal punto di vista energetico, ma la convenienza economica della sua installazione, va valutata di volta in volta, in base alle esigenze dell’ utenza e alla potenza fotovoltaica installabile.
Distinguiamo innanzitutto due tipi di sistemi di accumulo, uno on-grid (connessi in rete) e uno off-grid (senza connessione alla rete Enel).
Il primo sistema, (on-grid), è quello più complesso, ma anche quello più utilizzato, infatti è possibile sfruttare sia l’ energia immagazzinata nelle batterie che le risorse energetiche della rete (che sono praticamente infinite). La tecnologia moderna ha sviluppato inoltre “sistemi embedded” (di assemblaggio) che permettono la modifica di un impianto esistente per adeguarlo al nuovo sistema di accumulo da installare. Un sistema di accumulo on-grid,, per poter funzionare, necessita comunque di un misuratore dell’ energia in entrata e in uscita e di un sistema di gestione dell’ accumulo che permette di far fluire l’ energia elettrica in un senso o in un altro in base alle seguenti condizioni: produzione, richiesta energetica dell’ utenza e quantità di carica presente nella batteria.
Il secondo tipo di sistema di accumulo, (off-grid), è molto più semplice e meno costoso, ma la sua realizzazione è riservata a quelle strutture che di per se non hanno la possibilità di allaccio alla rete elettriche, vedi per esempio la baita di montagna o comunque le case isolate lontane dalla rete elettrica di distribuzione. In questo caso l’ installazione di un sistema di accumulo è una scelta obbligata, che permetterà all’ edificio di sfruttare l’ energia prodotta per consumarla anche durante le ore notturne.
La cella fotovoltaica
La cella si comporta come una minuscola batteria e nelle condizioni di soleggiamento tipiche dell’Italia (1kW/m2), alla temperatura di 25°C fornisce una corrente di 3A, con una tensione di 0,5V e una potenza pari a 1,5-1,7 Wp. In commercio troviamo i moduli fotovoltaici già assemblati che sono costituiti da un insieme di celle collegate insieme. I più diffusi sono costituiti da 36 , 60 o 72 celle disposte su file parallele collegate in serie. Hanno una superficie che varia dai 0,7 a 1,7 m2 e permettono l’accoppiamento con i convertitori di potenza ( meglio conosciuti come inverter). E’ possibile collegarli anche direttamente agli accumulatori da 12 Vcc nominali, ma questa pratica è spesso sconsigliata dai manuali tecnici perchè le batterie non gestiscono l’ inseguimento dei massimo punto di potenza del modulo fotovoltaico, rendendo questa pratica poco efficiente.
La cella fotovoltaica è il componente elementare del sistema ed è costituita da una sottile “fetta” di un materiale semiconduttore, quasi sempre silicio mono- o poli-cristallino, (l’elemento più diffuso in natura dopo l’ossigeno). Il silicio che costituisce la fetta viene “drogato” mediante l’inserimento su una “faccia” di atomi di boro (drogaggio p) e sull’altra faccia con piccole quantità di fosforo (drogaggio n).
Nella zona di contatto tra i due strati a diverso drogaggio si determina un campo elettrico; quando la cella è esposta alla luce, per effetto fotovoltaico, si generano delle cariche elettriche e, se le due facce della cella sono collegate ad un utilizzatore, si avrà un flusso di elettroni sotto forma di corrente elettrica continua. Attualmente il silicio, mono e policristallino, impiegato nella costruzione delle celle è lo stesso utilizzato dall’ industria elettronica, che richiede materiali molto puri e quindi costosi.
Il mercato offre diverse tipologie di moduli fotovoltaici , distinguendosi dal tipo di cella montato tra il vetro e il supporto plastico inferiore , in particolare le celle montate posso essere di tipo:
- Silicio monocristallino (mono c-Si): è ricavato da un lingotto i cui atomi sono disposti a costituire un unico cristallo. Il silicio monocristallino deve essere purissimo ed ha costi elevati perché il suo processo di fabbricazione è complesso. Si trovano abbondantemente nel mercato del solare , ma hanno costi abbastanza elevati. Lo si riconosce dal fatto che le singole celle sono smussate agli angoli e c’è quindi uno porzione di superficie inutilizzabile all’ interno del modulo fotovoltaico.
- Silicio policristallino (multi m-Si): è il tipo di modulo più abbondantemente utilizzato nell’ industria del solare, è formato da molti cristalli uniti fra loro ed è meno puro, ma anche meno costoso. Un pannello fotovoltaico poli-cristallino lo si riconosce dal fatto che le celle occupano quasi tutta la superficie del modulo e ogni cella è perfettamente affiancata all’ altra.
- Silicio amorfo: è una tecnologia quasi superata, è abbastanza costoso e poco prestante dal punto di vista elettrico e dimensionale. La caratteristica principale di questo pannello è che riesce a rendere bene in situazioni di ombreggiamento e scarsa esposizione, che lo rendono particolarmente adatto a siti esposti a nord o con problemi di ombreggiamento.