Presente sul mercato già da diversi decenni, la tecnologia fotovoltaica negli ultimi anni ha subito un notevole balzo in avanti.
Sull’onda lunga degli incentivi economici per l’istallazione, e il continuo rincaro energetico, sempre più famiglie hanno scelto di dotare la loro abitazione di un impianto fotovoltaico.
Dalle villette unifamiliari, passando per i grandi complessi condominiali, il fotovoltaico è la soluzione green per eccellenza; permette di ottenere un notevole risparmio economico sulla bolletta dell’energia elettrica contribuendo alla riduzione della CO2 immessa in atmosfera.
Impianto fotovoltaico. Captare energia solare per produrre energia elettrica
L’energia solare non è altro che l’energia emanata dal sole e trasmessa sulla terra, sotto forma di luce, come radiazione elettromagnetica.
Il sole, rappresenta quindi una fonte energetica pulita, infinita e largamente disponibile su tutto il pianeta Terra. A causa dei naturali cicli diurni e notturni, e delle condizioni atmosferiche, è una fonte energetica discontinua nel tempo.
La tecnologia Fotovoltaica permette, attraverso le celle fotovoltaiche, di trasformare l’energia solare in energia elettrica sfruttando il fenomeno fotoelettrico.
La cella fotovoltaica è un dispositivo elettronico realizzato con il Silicio, uno dei principali materiali semiconduttori largamente utilizzato in campo elettronico, che opportunamente trattato è in grado di generare corrente elettrica quando esposto alla radiazione solare.
L’energia elettrica è una forma di energia secondaria, questo significa che la sua produzione richiede la conversione di una forma energetica primaria.
Nelle normali tecnologie termoelettriche, impiegate per la produzione di energia elettrica, le fonti di energia primaria più utilizzate sono i combustibili fossili.
Nelle grandi centrali termoelettriche, l’energia chimica dei combustibili fossili è convertita, attraverso processo di combustione, in energia cinetica che permette la rotazione di grandi alternatori per la conversione dell’energia cinetica in energia elettrica.
Nella tecnologia fotovoltaica, la forma energetica primaria è proprio la radiazione solare captata dai pannelli fotovoltaici. L’energia elettrica è generata dalla conversione dell’energia solare senza emissioni inquinanti in atmosfera.
Da cosa è formato un impianto fotovoltaico?
Le soluzioni tecnologiche, oggi presenti sul mercato, consentono di realizzare impianti fotovoltaici idonei a tutte le esigenze.
Dai sistemi di accumulo con batterie, per immagazzinare l’energia elettrica prodotta durante il giorno e renderla disponibile nelle ore serali e notturne, passando per i sistemi a pannelli inseguitori, che permettono di mantenere sempre un orientamento ottimale dei pannelli fotovoltaici rispetto alla posizione del sole durante le ore diurne; gli impianti fotovoltaici sono veri e propri sistemi “flessibili”, in grado di massimizzare i benefici in termini di risparmio economico.
Moduli Fotovoltaici
La parte dell’impianto fotovoltaico direttamente esposta alla radiazione solare è formata dai pannelli fotovoltaici, ognuno dei quali è costituito da un insieme di celle fotovoltaiche che sono l’unità strutturale di ogni pannello.
L’insieme dei pannelli, di cui è formato l’impianto, forma il campo fotovoltaico.
Istallati con inclinazione tale da massimizzare l’esposizione alla luce solare, ha la funzione di captare quanta più energia solare possibile. Il massimo della produttività si ottiene con esposizione dei pannelli fotovoltaici verso Sud mentre, la produttività annua diminuisce circa del 12% con esposizione da Sud verso Est.
Sul mercato sono disponibili pannelli di diverse misure e potenze, in grado di adattarsi alle svariate esigenze tecniche. Anche la tecnologia di produzione, con la quale sono realizzati, è un parametro fondamentale per massimizzare l’efficienza finale dell’intero impianto.
- Moduli in Silicio monocristallino:
Il Silicio monocristallino, con il quale si realizzano le singole celle fotovoltaiche che formano il modulo, o pannello fotovoltaico, è caratterizzato da estrema purezza e sono formate da un singolo cristallo di Silicio.
I moduli fotovoltaici realizzati con questa struttura, vantano un’efficienza energetica stimata nell’ordine del 18 -21%, ma hanno lo svantaggio di essere più costosi da realizzare.
- Moduli in Silicio policristallino:
Ottenuti attraverso la fusione di cristalli di Silicio, con piccola dimensione, la struttura di ogni cella fotovoltaica è composta da cristalli di Silicio disallineati.
Hanno un’efficienza energetica più bassa, stimata intorno al 15 – 17%, ma sono caratterizzati da un processo di produzione più economico.
- Moduli in Silicio Amorfo:
I moduli in Silicio amorfo sono realizzati depositando il Silicio in maniera uniforme e in piccole quantità su superfici plastiche o vetrose, la loro struttura non è formata dall’unione di singole celle fotovoltaiche.
Questa tecnologia permette di realizzare moduli molto flessibili, in grado di soddisfare le più svariate esigenze architettoniche nelle quali, le forme assunte dai singoli moduli, devono rispondere a particolari vincoli estetici.
La tecnologia a Silicio amorfo permette di realizzare pannelli sia con la classica struttura a telaio rigido, ma anche come rotoli flessibili in grado di adattarsi alla superficie sulla quale saranno istallati.
Lo svantaggio di questa tecnologia è che permette di realizzare moduli con basso rendimento elettrico.
Inverter fotovoltaico
L’inverter può essere considerato come il cuore dell’impianto fotovoltaico, gestisce e monitora costantemente le condizioni di esercizio dell’impianto per massimizzare l’efficienza energetica.
Ha il compito di trasformare la corrente continua, prodotta dai moduli fotovoltaici esposti alla luce solare, in corrente alternata in regime sinusoidale per alimentare l’impianto domestico e rendere quindi l’energia elettrica prodotta utilizzabile per soddisfare le utenze domestiche.
Per un impianto fotovoltaico grid-connected, quindi collegato alla rete elettrica nazionale, la conversione della corrente continua, prodotta dai moduli fotovoltaici, in corrente alternata in regime sinusoidale necessita costantemente del confronto con il valore di tensione e frequenza imposto dal gestore elettrico. Per impianti a isola, quindi completamente disconnessi dalla rete elettrica nazionale, la trasformazione da corrente continua in corrente alternata in regime sinusoidale è gestita in maniera autonoma dall’Inverter.
Durante le normali condizioni di funzionamento dell’impianto fotovoltaico, l’inverter svolge costantemente una serie di operazioni mirate alla sicurezza e alla corretta operatività dell’impianto, come ad esempio:
- Rendimento:
Indica la percentuale dell’energia sotto forma di corrente continua, ricevuta dai moduli fotovoltaici, trasformata in corrente alternata.
Più il rendimento è elevato e minori saranno le perdite, che si manifestano con dissipazione di calore.
- Monitoraggio e protezione:
L’inverter monitora costantemente il corretto funzionamento sia dell’impianto FV, ma anche di eventuali anomalie sulla rete elettrica.
In condizioni di pericolo è in grado di disconnettere l’impianto FV dalla rete.
- Comunicazione:
Dotato di varie porte di comunicazione IN/OUT per la gestione dei dati di produzione e per eventuali aggiornamenti.
- Gestione della temperatura:
Il processo di conversione della corrente continua, prodotta dai moduli fotovoltaici,in corrente alternata in regime sinusoidale per alimentare l’impianto, da origine a perdite energetiche che si manifestano con la generazione di calore.
Il calore tende a far diminuire il rendimento dell’inverter quindi, deve essere dotato di accorgimenti tali da permettere una rapida dissipazione del calore generato, come ad esempio dissipatori metallici posti sulla superficie posteriore dell’involucro.
- Protezione:
L’involucro che racchiude l’inverter deve essere in grado di proteggere, dall’ambiente esterno, la delicata componentistica di cui è formato.
Quadro elettrico di controllo
Il quadro elettrico di controllo è allestito con gli opportuni sezionatori, per disconnettere i moduli fotovoltaici dall’inverter e isolare l’inverter stesso dalla rete elettrica.
Essenziali per la sicurezza dell’impianto, e l’incolumità delle persone, sono gli scaricatori di sovratensione, per la protezione da eventuali sovratensioni dovute sia a scariche atmosferiche sia da anomalie di rete, e l’interruttore magnetotermico – differenziale che permette di proteggere gli utenti da eventuali correnti di corto-circuito.
Gianni Truini
