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| Impianti fotovoltaici solariCOS'E' UN
IMPIANTO FOTOVOLTAICO E COME FUNZIONA
Il principio di funzionamento: la cella fotovoltaica
Le celle fotovoltaiche consentono di trasformare direttamente la radiazione
solare in energia elettrica, sfruttando i cosiddetto "effetto fotovoltaico"
che si basa sulla proprietà di alcuni materiali conduttori opportunamente
trattati (tra i quali il silicio, elemento molto diffuso in natura), di
generare direttamente energia elettrica quando vengono colpiti dalla
radiazione solare. Una cella fotovoltaica esposta alla radiazione solare si
comporta come un generatore di corrente con una curva caratteristica
tensione/corrente che dipende fondamentalmente dalla intensità della
radiazione solare, dalla temperatura e dalla superficie.
Essa è generalmente di forma quadrata con superficie di circa a 100 cm2, si
comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di
soleggiamento tipiche italiane, una corrente di 3 A (Ampère) con una tensione
di 0.5 V (Volt), quindi una potenza di 1.5 W (Watt).
I vari tipi di celle solari
A seconda dei loro processi di produzione, si distinguono i seguenti tipi di
celle fotovoltaiche:
Celle monocristalline: vengono prodotte tagliando una barra
monocristallina. Il vantaggio principale é un alto rendimento (fino al 16%).
Questo tipo di celle é però molto costoso a causa del complicato processo di
produzione. Le celle di tipo monocristallino sono caratterizzate usualmente da
un'omogenea colorazione blu.
Celle poli(multi-)cristalline: vengono colate in blocchi e poi tagliate
a dischetti. Il rendimento é minore (10¸ 12%), ma anche il prezzo. Questo tipo
di celle é riconoscibile da un disegno ben distinguibile (a causa dei vari
cristalli contenuti).
Celle amorfe: vengono prodotte mediante deposizione catodica di atomi
di silicio su una piastra di vetro. Questo tipo di cella ha il rendimento
minore (ca. 4¸ 8%), ma si adatta anche al caso di irraggiamento diffuso (cielo
coperto, ecc.). Le celle cosí prodotte sono riconoscibili da un
caratteristico colore scuro, inoltre sono realizzabili in qualsiasi forma
geometrica (sono realizzabili forme circolari, ottagonali, irregolari, e
persino convesse).
Dalla cella fotovoltaica al sistema
La singola cella solare, di dimensioni intorno ai 10 x 10 cm, costituisce il
dispositivo elementare alla base di ogni sistema fotovoltaico.
Un modulo fotovoltaico è costituito da un insieme di celle solari collegate
tra loro in modo da fornire una potenza elettrica (per modulo) mediamente
compresa tra i 50 e i 100 W.
Per aumentare la potenza elettrica è necessario collegare più moduli: più
moduli formano un pannello e, analogamente, più pannelli formano una stringa.
I moduli fotovoltaici convertono l’energia luminosa in energia elettrica a
corrente continua in "tempo reale", cioè la produzione di energia elettrica è
contemporanea alla captazione dell’energia solare.
Per questi ed altro motivi, in un impianto fotovoltaico, oltre al generatore
fotovoltaico sono necessari anche altri componenti che costituiscono
l’impianto fotovoltaico.
Le tipologie impiantistiche
L’impianto fotovoltaico è l’insieme di componenti meccanici, elettrici ed
elettronici che captano l’energia solare, la trasformano in energia elettrica,
sino a renderla disponibile all’utilizzazione da parte dell’utenza.
Le tipologie impiantistiche sono essenzialmente due:
• impianti isolati (stand alone);
• impianti connessi ad una rete elettrica di distribuzione (grid – connected).
Impianti isolati (stand-alone)
In questi impianti l’energia generata alimenta direttamente il carico
elettrico.
Quella in eccesso viene accumulata nelle batterie che la rendono disponibile
nei periodi in cui il generatore fotovoltaico non è in nelle condizioni di
fornirla.
Questi impianti rappresentano la soluzione più idonea a soddisfare utenze
isolate che possono essere convenientemente equipaggiate con apparecchi
utilizzatori che funzionano in corrente continua.
Un semplice impianto fotovoltaico isolato è composto dai seguenti elementi:
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica.
Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Regolatore di carica: é un apparecchio elettronico che regola la ricarica e
la scarica degli accumulatori. Uno dei suoi compiti é di interrompere la
ricarica ad accumulatore pieno.
3. Accumulatori: sono i magazzini di energia di un impianto fotovoltaico. Essi
forniscono l'energia elettrica quando i moduli non sono in grado di produrne,
per mancanza di irraggiamento solare.
4. Inverter (o convertitore): trasforma la corrente continua proveniente dai
moduli e/o dagli accumulatori in corrente alternata convenzionale a 220V. Se
l'apparecchio da alimentare necessita di corrente continua si può fare a meno
di questo componente.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall’impianto fotovoltaico.
Spesso vengono impiegati anche degli impianti composti. Per esempio impianti
fotovoltaici in combinazione con gruppi elettrogeni a motore Diesel.
In questo caso l’impianto fotovoltaico fornisce la potenza base utilizzata di
solito. Per consumi elevati di breve durata (o in caso si emergenza) viene
inserito il gruppo elettrogeno.
Impianti connessi con una rete elettrica
In questi impianti l’energia viene convertita direttamente in corrente
elettrica alternata che può alimentare le normali utenze oppure essere immessa
nella rete, con la quale lavora in
regime di interscambio. In quest’ultimo caso presso l’utente sono installati
due contatori: uno che contabilizza l’energia elettrica fornita dall’impianto
fotovoltaico alla rete ed uno che
contabilizza l’energia elettrica che l’utente preleva dalla rete.
Nell’ipotesi in cui le due tariffe coincidano, l’utente paga all’ente
erogatore dell’energia elettrica solo la differenza tra l’energia consumata,
prelevata dalla rete, e quella fornita alla rete.
Un impianto fotovoltaico a immissione in rete é principalmente composto dai
seguenti componenti:
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica.
Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente
alternata convenzionale a 220V
di tensione. Questo adattatore é assolutamente necessario per il corretto
funzionamento delle utenze collegate e per l'alimentazione della rete.
3. Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell'energia. In caso di
consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli fotovoltaici
la corrente viene prelevata dalla rete pubblica. In caso contrario l’energia
fotovoltaica eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la
quantità di energia fornita dall'impianto fotovoltaico alla rete.
4. Rete: allacciamento alla rete pubblica dell'azienda elettrica.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall'impianto fotovoltaico.
Gli impianti fotovoltaici connessi alla rete rappresentano dal punto di vista
applicativo la soluzione ideale in quanto tutta l’energia generata
dall’impianto viene comunque utilizzata: o
direttamente dall’utente o immessa nella rete elettrica che costituisce quindi
un sistema di accumulo infinito.
La mancanza di un sistema di accumulo locale consente inoltre di ridurre sia i
costi iniziali sia quelli di esercizio (le batterie di accumulo dopo un certo
numero di anni devono infatti essere
sostituite).
Per comprendere meglio la logica con la quale funzionano gli impianti
fotovoltaici connessi alla rete è utile fare riferimento al grafico che
riporta il bilancio energetico di un impianto
fotovoltaico per una tipica utenza residenziale.
Le barre verticali gialle rappresentano le quote di energia elettrica fornita
dall’impianto fotovoltaico. Tale energia è proporzionale alla radiazione
solare incidente e quindi segue un
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica.
Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente
alternata convenzionale a 220V di tensione. Questo adattatore é assolutamente
necessario per il corretto funzionamento delle utenze collegate e per
l'alimentazione della rete.
3. Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell'energia. In caso di
consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli fotovoltaici
la corrente viene prelevata dalla rete pubblica. In caso contrario l’energia
fotovoltaica eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la
quantità di energia fornita dall'impianto fotovoltaico alla rete.
4. Rete: allacciamento alla rete pubblica dell'azienda elettrica.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall'impianto fotovoltaico.
Gli impianti fotovoltaici connessi alla rete rappresentano dal punto di vista
applicativo la soluzione ideale in quanto tutta l’energia generata
dall’impianto viene comunque utilizzata: o
direttamente dall’utente o immessa nella rete elettrica che costituisce quindi
un sistema di accumulo infinito.
La mancanza di un sistema di accumulo locale consente inoltre di ridurre sia i
costi iniziali sia quelli di esercizio (le batterie di accumulo dopo un certo
numero di anni devono infatti essere
sostituite).
Per comprendere meglio la logica con la quale funzionano gli impianti
fotovoltaici connessi alla rete è utile fare riferimento al grafico che
riporta il bilancio energetico di un impianto
fotovoltaico per una tipica utenza residenziale.
Le barre verticali gialle rappresentano le quote di energia elettrica fornita
dall’impianto fotovoltaico. Tale energia è proporzionale alla radiazione
solare incidente e quindi segue un
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