Impianto Fotovoltaico: Che cos'è, caratteristiche e fisionomia (PARTE 1)

Oggi andiamo a vedere da vicino che cos'è un impianto fotovoltaico trattando le varie peculiarità.
La definizione in generale, come ci suggerisce wikipedia, è questa:
"Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico costituito da più moduli fotovoltaici che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico."
Andiamo ad analizzare parola per parola la definizione.
-Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico...: con il termine impianto elettrico ci si riferisce a quell'insieme di apparecchiature elettriche, meccaniche e fisiche atte alla trasmissione e all'utilizzo di energia elettrica.
-...costituito da più moduli fotovoltaici...: Un modulo fotovoltaico è un dispositivo in grado di convertire l'energia solare direttamente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.
-...che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica...: Senza dilungarci troppo sulla spiegazione dell'energia solare diciamo brevemente che essa è la fonte primaria di energia sulla Terra e che rende possibile la vita. Da essa derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili all'uomo.
-...mediante effetto fotovoltaico: l'effetto fotovoltaico è quel fenomeno fisico che si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale passa alla banda di conduzione a causa dell'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale. [Che cosa significa tutto ciò? In parole povere l'effetto fotovoltaico è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori (con caratteristiche sia di conduttore elettrico sia di isolante elettrico, come ad esempio il silicio) che sono in grado di generare elettricità quando vengono colpiti da radiazione solare.]

Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in due grandi famiglie: impianti ad isola (detti "stand-alone") e impianti connessi ad una rete di distribuzione esistente gestita da terzi (detti "grid-connect").

Stand-alone o impianto ad isola
Generalmente ci si riferisce a quegli impianti elettrici isolati da altre fonti energetiche e che si riforniscono da un impianto fotovoltaico elettricamente isolato ed autosufficiente.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono generalmente:

• Campo fotovoltaico, incaricato a raccogliere energia attraverso moduli fotovoltaici disposti a favore del sole;
• Regolatore di carica, che stabilizza l'energia raccolta e la gestisce all'interno del sistema;
• Batteria di accumulo, costituita da una o più batterie ricaricabili che hanno il compito di conservare la carica elettrica fornita dai moduli per permetterne un utilizzo da parte degli apparecchi elettrici utilizzatori.
• Inverter o detto convertitore C.C./C.A., deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello (solitamente 12 o 24 volt) in una tensione alternata (AC) più alta (in genere 110 o 230 volt per impianti fino a qualche kW, a 400 volt per impianti con potenze oltre i 5 kW)

Grid-connect o impianto connesso alla rete elettrica
Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC (corrente alternata), ma che immettono in rete la produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:

• Campo fotovoltaico, incaricato a raccogliere energia attraverso moduli fotovoltaici disposti a favore del sole;
• Inverter, deputato a stabilizzare l'energia raccolta, a convertirla in corrente alternata e ad iniettarla in rete;
• Quadristica di protezione e controllo, da situare in base alle normative vigenti tra l'inverter e la rete che questo alimenta.
•   I cavi di connessione, componente spesso sottovalutata, che devono presentare un'adeguata resistenza ai raggi UV ed alle temperature.

Caratteristiche dell'impianto
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e l'unità di misura è il chilowatt (simbolo: kW).
La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, con le odierne tecnologie, circa 8 m² / kW (Significa che occorrono circa 8 m² per realizzare 1kW).
Da osservare che esistono più tipi di celle solari ed ogni tipologia di cella ha un tipico "consumo" in termini di superficie (per esempio con le tecnologie a silicio amorfo oltre i 20 m² / kW). Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli.
In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso, l'unico componente disposto all'esterno è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti.
Curiosità: per massimizzare la captazione dell'irraggiamento solare si progettano e si realizzano sempre più moduli fotovoltaici ad 'inseguimento' solare che adattano cioè l'inclinazione del pannello all'inclinazione dei raggi solari durante il giorno e la stagione.
La prassi vuole che gli impianti fotovoltaici vengano suddivisi per dimensione in 3 grandi famiglie, con un occhio di riguardo soprattutto a quelli connessi alla rete:

• Piccoli impianti: con potenza nominale inferiore a 20 kW;
• Medi impianti: con potenza nominale compresa tra 20 kW e 50 kW;
• Grandi impianti: con potenza nominale maggiore di 50 kW.

Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana del Conto energia, tuttavia il "Nuovo conto energia" del Febbraio 2007 definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kW, da 3 a 20 kW e oltre i 20 kW.

Stime e fattibilità in larga scala

Le stime del consumo elettrico italiano per il 2008 sono di 339,5 TWh (miliardi di kWh) e sono stati prodotti circa 58 TWh da fonti rinnovabili. Per il fotovoltaico, al termine del 2010, risultava installata una potenza di picco pari a 3470 MW, con una produzione di 1,9 TWh, valore quasi triplicato rispetto ai 0,67 TWh prodotti nel 2009 (questo fa capire di quanto il fenomeno sia in ascesa e di quanta importanza viene data all'energia prodotta da fonti rinnovabili in particolar modo al fotovoltaico).
Secondo vari studi effettuati nel 2004, per coprire il consumo energetico elettrico italiano sarebbero necessari 1.861 km² pari allo 0,62% del territorio italiano (supponendo 1500 ore di insolazione all'anno che generi la potenza di picco e 8 m² per kWp).


Il principale ostacolo all'installazione di questo tipo di impianti è stato, per lungo tempo, l'alto costo degli impianti stessi e di conseguenza dell'energia prodotta. Tali limiti sono stati largamente compensati negli ultimi anni dalla produzione in più larga scala, conseguenza diretta dell'incentivazione offerta alla produzione di energia solare che ha portato ad un sostanziale abbattimento dei costi.
Molte speranze si possono ragionevolmente riporre nel fotovoltaico, integrato con gli altri sistemi di energia rinnovabile, nella sostituzione graduale delle energie fossili, ormai in via di esaurimento. Segnali di questo tipo provengono da diverse esperienze europee. In Germania in particolare, leader mondiale del settore, sono state avviate molte centrali elettriche fotovoltaiche utilizzando zone dismesse o tetti di grandi complessi industriali.

FINE PRIMA PARTE

(Nella seconda parte tratteremo le caratteristiche dei moduli fotovoltaici da vicino e parleremo del conto energia)
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