Il solare fotovoltaicoIl solare fotovoltaico

Giovedi 22 gennaio ITC Fratelli RosselliGiovedi 22 gennaio ITC Fratelli Rosselli

Ing. Claudio Ginocchietti Ing. Luisa Ing. Claudio Ginocchietti Ing. Luisa MaraniMarani

AAgenziagenzia perper l’l’EEnergia e l’nergia e l’AAmbientembiente della Provincia di Perugia S.p.A.della Provincia di Perugia S.p.A.

• In seguito all’adesione dell’Italia al In seguito all’adesione dell’Italia al protocollo di Kyoto, il nostro paese si è protocollo di Kyoto, il nostro paese si è assunto l’onere di diminuire le emissioni di assunto l’onere di diminuire le emissioni di COCO22 entro il 2008 del 6,5% rispetto al 1990 entro il 2008 del 6,5% rispetto al 1990

La strada da percorrere:La strada da percorrere:

• perseguire obiettivi di efficienza energeticaperseguire obiettivi di efficienza energetica

• Incrementare la produzione energetica ad Incrementare la produzione energetica ad “emissione zero”“emissione zero”

Le opportunità da sfruttareLe opportunità da sfruttare

• Cercare di sostituire quando possibile Cercare di sostituire quando possibile gli idrocarburi fossili quali il petrolio gli idrocarburi fossili quali il petrolio ed il gas naturale con energia solare.ed il gas naturale con energia solare.

• Sicuramente il nostro paese è dotato Sicuramente il nostro paese è dotato di un altissimo potenziale solare. di un altissimo potenziale solare.

Insolazione annuaInsolazione annua

LocalitàLocalità InsolazioneInsolazione

(KWh/m(KWh/m22 anno) anno)

MilanoMilano 1.2361.236

RomaRoma 1.5641.564

TrapaniTrapani 17691769

Insolazione nella provincia di Insolazione nella provincia di PerugiaPerugia

LocalitàLocalità InsolazioneInsolazione

(KWh/(KWh/mm22anno)anno)

InsolazioneInsolazione

(KWh/m(KWh/m22//mese)mese)

PerugiaPerugia 1.455,91.455,9 gen=49,08 gen=49,08 lug=201,50lug=201,50

C. del C. del LagoLago

1.457,71.457,7 gen=50,81 gen=50,81 lug=201,50lug=201,50

C. di C. di CastelloCastello

1.440,01.440,0 gen=48,22 gen=48,22 lug=201,50lug=201,50

Il fotovoltaicoIl fotovoltaico

• Tra le fonti rinnovabili il fotovoltaico è Tra le fonti rinnovabili il fotovoltaico è sicuramente una delle più sicuramente una delle più interessanti.interessanti.

Perché?Perché?1.1. Evita le emissioni di COEvita le emissioni di CO22 2.2. Usa una tecnologia affidabile Usa una tecnologia affidabile 3.3. Consente una riduzione dell’importo Consente una riduzione dell’importo

da pagare sulla bolletta elettrica per da pagare sulla bolletta elettrica per il proprietario dell’impianto. il proprietario dell’impianto.

Introduzione al fotovoltaicoIntroduzione al fotovoltaico

• Sviluppata alla fine degli anni 50 Sviluppata alla fine degli anni 50 nell’ambito dei programmi spazialinell’ambito dei programmi spaziali

• Oggi anche per applicazioni terrestriOggi anche per applicazioni terrestri

• Alimentazioni di utenze isolate o Alimentazioni di utenze isolate o impianti installati su edifici e impianti installati su edifici e collegati ad una rete elettrica collegati ad una rete elettrica preesistentepreesistente

ClassificazioneClassificazione dei sistemi dei sistemi FVFV

In base alla configurazione elettrica, In base alla configurazione elettrica, abbiamo:abbiamo:

• Sistemi autonomi “stand alone”Sistemi autonomi “stand alone”

• Sistemi connessi alla rete elettrica Sistemi connessi alla rete elettrica “grid connected” :“grid connected” :– Centrali FV di potenza Centrali FV di potenza – Sistemi integrati negli edificiSistemi integrati negli edifici

Tipologie architettoniche Tipologie architettoniche degli impianti FV integratidegli impianti FV integrati

• Tetto pianoTetto piano

• Tetto inclinatoTetto inclinato

• FacciataFacciata

Installazione su tetto piano

Installazione su tetto inclinato: tegola fotovoltaica

Installazione integrata su

facciata

Principio di funzionamentoPrincipio di funzionamentodi un dispositivo FVdi un dispositivo FV

• Si basa sulla capacità di alcuni materiali Si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l’energia delle radiazioni di convertire l’energia delle radiazioni solari in energia elettrica in corrente solari in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento, sfruttando meccaniche in movimento, sfruttando l’l’effetto fotoelettricoeffetto fotoelettrico..

• Il materiale semiconduttore quasi Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi è il universalmente impiegato oggi è il silicio.silicio.

Il sistema fotovoltaicoIl sistema fotovoltaico

COMPONENTI:COMPONENTI:

• Il generatore fotovoltaicoIl generatore fotovoltaico

• Il gruppo di conversioneIl gruppo di conversione

• Sistema di accumulo dell’energia Sistema di accumulo dell’energia elettrica (solo per sistemi isolati )elettrica (solo per sistemi isolati )

Un insieme di celle Un insieme di celle (36) costituiscono il (36) costituiscono il modulomodulo

Il generatore FV

Più moduli collegati in Più moduli collegati in serie formano un serie formano un

pannellopannello

Un insieme di pannelli, collegati in serie Un insieme di pannelli, collegati in serie costituisce una costituisce una stringastringa

Più stringhe collegate in parallelo, per fornire la Più stringhe collegate in parallelo, per fornire la potenza richiesta, costituiscono il potenza richiesta, costituiscono il generatore generatore

fotovoltaicofotovoltaico

La cella fotovoltaicaLa cella fotovoltaica

• Componente elementare di un pannello FVComponente elementare di un pannello FV

• È una fetta rotonda o quadrata di È una fetta rotonda o quadrata di materiale semiconduttore (Si) dalle materiale semiconduttore (Si) dalle dimensioni:dimensioni:

Spessore: 0,3 mm Spessore: 0,3 mm

Superficie: 200 cmqSuperficie: 200 cmq

• È in grado di produrre circa 1,5 Wp di È in grado di produrre circa 1,5 Wp di potenza in condizioni standard (25°C, potenza in condizioni standard (25°C, WWradiazioneradiazione=1000 W/mq)=1000 W/mq)

Significato fisico della grandezza Significato fisico della grandezza “potenza di picco”“potenza di picco”

L’energia elettrica prodotta è L’energia elettrica prodotta è proporzionale alla radiazione solare proporzionale alla radiazione solare incidente sul modulo, che varia nel corso incidente sul modulo, che varia nel corso della giornata, con le stagioni e al variare della giornata, con le stagioni e al variare delle condizioni atmosferiche delle condizioni atmosferiche

È un valore di riferimento, è quella che il È un valore di riferimento, è quella che il sistema FV può erogare quando opera in sistema FV può erogare quando opera in condizioni standard condizioni standard

È il parametro utilizzato nella È il parametro utilizzato nella progettazioneprogettazione

Rendimento di un modulo FVRendimento di un modulo FV

ηη=Pe/Pi=Pe/Pi

Pe= potenza in corrente continua ai morsetti del modulo

Pi= potenza incidente sulla cella

Il rendimento dei moduli FV in commercio va dal 4 al 15%

Il gruppo di conversioneIl gruppo di conversione

- BOS:- BOS:(balance of system)(balance of system)

inverter:apparecchio elettronico che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata

cavi

- Quadro di campo FV:quadro elettrico dove si raccordano le singole potenze monofasi delle stringhe (6)

- Quadro di parallelo: quadro di consegna dell’energia in parallelo alla rete

Il collegamento alla rete elettrica

• Scambio di energia bidirezionale tra sistema FV e rete

• Il conteggio dei flussi avviene mediante due contatori

• I kWh che l’impianto immette in rete sono scalati dalla bolletta

Quanta elettricità produce?Quanta elettricità produce?

L’energia elettrica prodotta da un L’energia elettrica prodotta da un sistema FV dipende da:sistema FV dipende da:

• Potenza di picco dell’impianto Potenza di picco dell’impianto • Posizione geografica (insolazione Posizione geografica (insolazione

kWh/mkWh/m22 anno) anno)• Orientamento e inclinazione dei moduliOrientamento e inclinazione dei moduli• Efficienza dei moduliEfficienza dei moduli• Efficienza BOSEfficienza BOS

Principi di Principi di dimensionamentodimensionamento

Dati di partenza:

1) percentuale del fabbisogno di e.e. coperta dall’impianto FV

oppure

2) Budget

Potenza installata: 12.15 Kwp

Considerazioni di base

•Impianto elettrico trifase quindi la potenza va divisa per tre

•Per ogni fase c’è un inverter quindi si hanno:

12,15:3 = 4 kW per inverter

ma è preferibile diminuire tale potenza

•2 inverter per fase quindi 6 inverter e quindi 6 stringhe

Quanta potenza eroga ogni stringa?

12.150(Wp potenza tot.):6(stringhe)=2.025 Wp

Quanti moduli in serie per ogni stringa?

Modulo FV commerciale: 75 Wp

2025(Wp):75(Wp potenza singolo modulo)=27

6 stringhe da 27 moduli: 162 moduli FV

Verifica della compatibilità dell’inverter:

Intervallo di tensione di ingresso dell’inverter:

250-550 V

In condizioni standard ai capi di ogni stringa c’è una tensione pari a:

27moduli per stringax17tensione di corto circuito singolo modulo=459 V

Va bene!

Tipologia d’installazione

•Sul tetto dell’immobile

•Tetto piano quindi i moduli sono montati su strutture di supporto ancorate tramite un sistema di zavorre che devono garantire il necessario momento stabilizzante contro la spinta del vento:

CalcoliSuperficie singolo modulo:0,604 m^2

Sup. esposta al vento:0,60xsen30°=0,302 m^2

Spinta del vento sul modulo: 0,302 x120 kg/m^2=36,21 Kg

Peso modulo +zavorra= 7,5 +52,5 =60 Kg

60>36,21

Una zavorra sulla mezzeria di ogni modulo

Riepilogo dati impiantoRiepilogo dati impianto

• Potenza totale 12,15 kWpPotenza totale 12,15 kWp

• 162 moduli FV :162 moduli FV :

potenza unitaria 75 Wp potenza unitaria 75 Wp

superficie unitaria:0,6 m^2 superficie unitaria:0,6 m^2

tensione corto circuito:17 Vtensione corto circuito:17 V

• superficie totale campo:97,2 m^2superficie totale campo:97,2 m^2

• 6 stringhe da 27 moduli ciascuna6 stringhe da 27 moduli ciascuna

Quanta energia produce?

Radiazione solare globale: 1.457,7 1.457,7 KWh/m2 anno (sup. orizzontale)KWh/m2 anno (sup. orizzontale)

Coefficiente correttivo orientazione: 1,11Coefficiente correttivo orientazione: 1,11

Superficie campoFV: 97,2m^2Superficie campoFV: 97,2m^2

Radiazione solare sul campo FV:

1.457,7x1,11x97,2=157.274 KWh/ anno1.457,7x1,11x97,2=157.274 KWh/ anno

Energia elettrica in cc:Energia elettrica in cc:Efficienza moduli: 12,5%Efficienza moduli: 12,5%

157.274x0,125=19.659 KWh/ anno157.274x0,125=19.659 KWh/ anno

Energia elettrica in ca:Energia elettrica in ca:Efficienza del BOS: 85%Efficienza del BOS: 85%

19.659x0,85=16.710 kWh/anno19.659x0,85=16.710 kWh/anno

e.e. producibile: e.e. producibile: 16.71016.710 kWh/annokWh/anno

e.e.consumata:34.286+45.073palestra=79.359 kWh/anno

Risparmio di energia: 21 %Risparmio di energia: 21 %

Valutazioni economiche

Costo dei moduli FV: 68.850 euro

Costo totale: 91.020 euro

Costo per installare 1 kWp:7.490 euro

Valutazioni economicheCosto totale: 91.020 euro

Costo energia elettrica:0.16 euro/kWh

e.e. prodotta:16.690 kWh/annoe.e. prodotta:16.690 kWh/anno

Risparmio annuo: 16.690 x 16.690 x 0.16=2.670 euro

Pay-back semplice: 91.020/2.670= 34 anni

SvantaggiSvantaggi• Tecnologia che richiede tempi troppo Tecnologia che richiede tempi troppo

lunghi di ammortamento e che lunghi di ammortamento e che pertanto presuppone oggi pertanto presuppone oggi meccanismi di incentivazionemeccanismi di incentivazione

EsempioEsempioCon un finanziamento del 75% il Pay Con un finanziamento del 75% il Pay

back scende a 8 anni e mezzoback scende a 8 anni e mezzo

• Il mercato mondiale ha dimostrato Il mercato mondiale ha dimostrato che è un fattore di scalache è un fattore di scala

Vantaggi ambientaliVantaggi ambientali

• Emissioni di COEmissioni di CO2 2 evitate in un anno:evitate in un anno:

0,531x16.710=8.873 kg di CO0,531x16.710=8.873 kg di CO2 2

0,531:CO0,531:CO2 2 evitata per kWh di energia evitata per kWh di energia risparmiato (kg/kWh)risparmiato (kg/kWh)

• in trenta anni (tempo di vita in trenta anni (tempo di vita dell’impianto):dell’impianto):

8.873x30=266.190 kg di CO8.873x30=266.190 kg di CO2 2

• Costi di investimento iniziale: elevati

• Costi di esercizio e manutenzione: molto limitati:

Apparecchiature molto affidabili

Costo del combustibile: 0 euro

Conclusioni:

•Risparmio sulla bolletta per l’utente

• Vantaggi per l’ambiente