Impianti Fotovoltaici come sono Fatti e quanto Costano



Sono diversi i componenti che fanno parte degli impianti fotovoltaici, il tutto finalizzato alla produzione di energia elettrica dal sole. Il lavoro principale viene svolto dai moduli fotovoltaici a celle, ci sono poi elementi fondamentali come l’inverter, i contatori, i sistemi di accumulo con batterie, i cavi e le staffe di supporto.

Modulo Fotovoltaico

si tratta di un pannello di celle fotovoltaiche che può avere una potenza variabile, solitamente di picco massimo di 400 watt. I moduli fotovoltaici sono disponibili in un’ampia varietà di tipi e dimensioni, quindi un sistema fotovoltaico può essere progettato per adattarsi al meglio allo spazio e al carico del progetto. Un modulo fotovoltaico crea elettricità in corrente continua (DC) a bassa tensione.

Questa migrazione di elettroni crea una carica tra gli strati nella cella fotovoltaica. Il collegamento elettrico degli strati caricati positivamente e negativamente di una cella fotovoltaica attraverso un carico (ad esempio una lampadina) produrrà elettricità mentre gli elettroni scorrono attraverso il circuito, quindi, accendendo la lampadina non appena attratti dallo strato positivo della cella .

I moduli variano in base al tipo di tecnologia fotovoltaica utilizzata e all’efficienza della conversione. A tutti i moduli viene assegnata una potenza nominale basata sulle prestazioni testate alle condizioni di prova standard del settore. Quindi, se un pannello ha una potenza nominale di 100 watt, significa che ha prodotto quella quantità di potenza in quelle particolari condizioni di test.

Ciò fornisce ai consumatori la consapevolezza che il sistema di ciascun produttore è valutato allo stesso modo. La maggior parte dei moduli fotovoltaici ha garanzie sia per i difetti che per le prestazioni del sistema. Una tipica garanzia di prestazione garantisce che il modulo produrrà l’80% della sua potenza nominale per un massimo di 20 anni. Mentre è di 10 anni sul malfunzionamento del pannello.

I moduli fotovoltaici sono collegati per creare un array, ovvero una stringa. I vari moduli sono collegati in serie e in parallelo secondo necessità per raggiungere i requisiti di tensione e corrente specifici per la stringa totale

Le strutture che sostengono i moduli sono denominate rack di montaggio. I rack di montaggio possono essere collegati direttamente a un tetto, al suolo o a un’altra struttura. I sistemi sul tetto possono anche utilizzare rack che utilizzano pesi (zavorra) per mantenere il sistema in posizione senza richiedere alcuna perforazione del tetto. I rack di montaggio, come tutte le strutture dell’edificio, devono resistere a carichi del vento .

impianti-fotovoltaici

come funziona un modulo fotovoltaico

Quando l’energia della luce, o fotoni, colpisce una cella fotovoltaica, gli elettroni vengono “fatti cadere” da uno strato nella cella progettato per rinunciare facilmente agli elettroni. La differenza di carica incorporata nella cellula trascina gli elettroni sciolti su un altro strato cellulare prima che possano ricombinarsi nel loro strato originario.

modulo a silicio cristallino

Le celle fotovoltaiche tradizionali sono realizzate con cristalli di silicio. Queste celle sono combinate e cablate insieme in un modulo che è un pannello piatto che può essere utilizzato da solo o con altri. I materiali attualmente utilizzati includono silicio monocristallino e policristallino. I moduli di tipo cristallino sono generalmente le tecnologie più comuni, più efficienti e più costose disponibili in commercio. Il silicio è abbastanza abbondante e non tossico. Il fotovoltaico di tipo cristallino ha una solida base industriale e una comprovata esperienza di oltre 45 anni nel settore.

Sebbene i moduli fotovoltaici si degradino nel tempo, in genere i moduli di tipo cristallino sono garantiti attraverso garanzie che producono almeno l’80% della loro potenza originale dopo 20-25 anni. I moduli di tipo cristallino hanno una durata compresa tra 25 e 30 anni, ma possono continuare a produrre energia oltre questo intervallo. L’efficienza complessiva tipica dei pannelli solari cristallini è compresa tra il 15% e il 22% (la percentuale di energia solare che convertono in elettricità).

modulo a film sottile

Le celle solari di seconda generazione sono note come celle solari a film sottile. Sono realizzati in silicio amorfo o materiali non siliconici come il tellururo di cadmio. Le celle solari a film sottile utilizzano strati di materiali semiconduttori spessi solo pochi micrometri.

Sono flessibili e spesso utilizzati in applicazioni fotovoltaiche integrate negli edifici (BIPV) come tegole, tegole, facciate di edifici o vetri per lucernari. Il BIPV può essere ben integrato nell’architettura degli edifici, fornendo un’ulteriore opzione estetica per i progettisti. Questi nuovi materiali consentono risorse e produzione più economiche, quindi i costi del sistema, in funzione del suo output, sono ridotti.

L’efficienza delle celle solari a film sottile è generalmente inferiore rispetto alle celle cristalline, in genere nell’intervallo dal 6% all’8%. Pertanto, le tecnologie a film sottile richiedono più spazio per produrre la stessa quantità di elettricità di un modulo di tipo cristallino

Inverter

Il prossimo componente chiave è l’inverter. Questo dispositivo elettrico converte l’elettricità continua dall’array fotovoltaico in una corrente alternata (AC) che può collegarsi senza problemi alla rete elettrica.

La maggior parte delle strutture sono cablate per AC, quindi l’inverter svolge un ruolo critico. L’efficienza del moderno inverter può raggiungere il 98%. L’inverter rileva inoltre la frequenza di alimentazione dell’utilità e sincronizza l’energia prodotta dal fotovoltaico con quella frequenza. Quando non è presente l’alimentazione di rete, l’inverter interromperà la produzione di corrente alternata per impedire l’isolamento o la messa in rete mentre gli addetti alla rete cercano di risolvere ciò che presumono sia un sistema di distribuzione diseccitato. Questa funzione di sicurezza è integrata in tutti gli inverter collegati alla rete presenti sul mercato.

Esistono due tipi principali di inverter per sistemi connessi alla rete: stringa e micro inverter. Ogni tipo ha punti di forza e di debolezza che aiutano a determinare la misura più appropriata per diversi tipi di installazioni.

Gli inverter per i sistemi fotovoltaici sono i più comuni e in genere hanno dimensioni comprese tra 1,5 kW e 500 kW. Per i kit fotovoltaici ci sono anche da 200 e 600 watt.

I vantaggi di questi inverter sono che tendono ad essere più economici per watt di capacità. Una selezione include una vasta gamma di tensioni di uscita. Il rovescio della medaglia, se l’inverter scende, una parte significativa della produzione potrebbe andare persa durante l’interruzione. Per i più grandi sistemi fotovoltaici, questi inverter possono essere combinati in parallelo per produrre un singolo punto di interconnessione con la rete

impianto-fotovoltaico-tetto

Le garanzie sono disponibili per tutte le dimensioni e in genere vanno da 5 a 10 anni, con 10 anni che rappresentano l’attuale standard del settore.

I micro inverter sono dedicati all’inversione della potenza di un singolo modulo fotovoltaico. L’uscita CA di ciascun modulo è collegata in parallelo per creare l’array. I micro inverter attuali hanno dimensioni che vanno da 175 watt a 380 watt e possono essere l’opzione più costosa per watt di capacità. Le garanzie vanno da 10 a 20 anni. I piccoli progetti con moduli irregolari e problemi di ombreggiatura in genere beneficiano di micro inverter.

Quadro elettrico fotovoltaico

La parte successiva di un impianto fotovoltaico è il quadro elettrico e le relative apparecchiature. Tutti i tipi di sistemi fotovoltaici richiedono dispositivi di commutazione e protezioni e una buona progettazione del sistema. Questa apparecchiatura può essere semplice come alcuni sezionatori, fusibili o interruttori, con trasformatori necessari per interconnessioni di tensione più elevate.

In alcuni casi, il sistema fotovoltaico può includere anche un banco di batterie, sistema ad accumulo. L’alimentazione dall’array fotovoltaico mantiene le batterie cariche e, se necessario, fornisce energia alle batterie quando non vi è alcuna connessione a una rete elettrica o se la rete non è disponibile.

Le batterie possono aggiungere costi significativi a un sistema e in genere hanno una durata inferiore rispetto ai moduli fotovoltaici. I sistemi fotovoltaici con accumulo di batterie includono un controller di carica integrato nell’inverter o in un componente separato. Il regolatore di carica controlla sia la tensione CC che proviene dall’array fotovoltaico sia la tensione che entra nelle batterie. Per prolungare la loro longevità, le batterie richiedono le fasi specifiche di ricarica prodotte dai controller di carica.

Progettazione sistema fotovoltaico

Quando si decide di progettare un impianto fotovoltaico per un particolare progetto di costruzione, è necessario prendere in considerazione diversi fattori. La cosa più importante è che un sito non sarà ombreggiato per la maggior parte della giornata (in genere dalle 9:00 alle 16:00 nel solstizio d’inverno oppure dalle 8 alle 20 nel periodo estivo).

Eccellenti condizioni fotovoltaiche sono grandi tetti aperti o aree a terra con pochi ostacoli oppure serre fotovoltaiche se abbiamo a disposizione dei terreni agricoli. Nelle applicazioni sul tetto, è importante considerare se il tetto è in grado di gestire il peso aggiuntivo di un sistema fotovoltaico e l’orientamento del tetto verso sud se non è piano.

Esistono tre tipi comuni di progettazione di sistemi fotovoltaici:

  1. Il sistema è collegato alla rete pubblica e non ha batterie per immagazzinare elettricità extra
  2. Il sistema è collegato alla rete pubblica e dispone di un vano batteria per fornire energia a richiesta
  3. Il sistema non è collegato all’utilità, OFF GRID, e utilizza l’accumulo nelle batterie per fornire le esigenze di alimentazione del luogo. Un tipico sistema di questo tipo è quello ad esempio nelle baite o nelle barche, li’ dove non arriva la fornitura di energia elettrica.

I sistemi fotovoltaici collegati alla rete senza accumulo di batterie sono il tipo di applicazione più comune. Se il sistema è collegato alla rete e presenta carichi critici che richiedono alimentazione di backup di emergenza, si consiglia un sistema collegato alla rete con il sistema di backup della batteria di emergenza. Se il sito non ha alimentazione di rete e funziona con generatori, un sistema off-grid con accumulo di batterie può ridurre o eliminare il tempo di funzionamento del generatore e risparmiare sui costi di carburante e di funzionamento e manutenzione.

Convenienza

Il fotovoltaico produrrà energia ovunque ci sia il sole e ne produrrà di più dove c’è una grande insolazione, quindi nel sud Italia ad esempio. Tuttavia, la convenienza di un impianto fotovoltaico dipende non solo dal sole, ma da fattori economici relativi al sito di installazione.

Incentivi fiscali o le detrazioni aumentano il valore dell’elettricità prodotta dal sole. Per massimizzare il valore dell’elettricità fotovoltaica, la misurazione netta deve essere disponibile dall’utilità locale su un sistema collegato alla rete. La misurazione netta consente all’utente di compensare la tariffa al dettaglio della propria elettricità con la produzione dal sistema fotovoltaico; in effetti, facendo scorrere il contatore all’indietro.

Costi

i prezzi degli impianti fotovoltaici variano in base alla potenza. Generalizzando per ogni Kw di potenza di un impianto occorrono circa 1500-2000 euro allo stato attuale dei prezzi dei pannelli fotovoltaici.

Ciò include anche la fornitura dell’ inverter, i cavi, le staffe ed il montaggio oltrechè l’IVA.

 

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