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Domande & Risposte

1) Come funziona un pannello fotovoltaico ?
Alcuni materiali come il silicio possono produrre energia elettrica se irraggiati dalla luce solare. Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni '50 la realizzazione della prima cella fotovoltaica della storia. Lo stesso nome "fotovoltaico" esprime in sè tutto il significato della scoperta, "foto" deriva da "luce", "voltaico" deriva da Alessandro Volta, inventore della batteria. Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un "modulo", un insieme di moduli compone il pannello solare fotovoltaico da installare sui tetti, terreni o terrazzi, ovunque ci sia un irragiamento diretto dei raggi solari. I pannelli fotovoltaici stanno ottenendo rapidamente il favore di consumatori e famiglie. Il vantaggio è evidente, investendo in un impianto fotovoltaico casalingo si abbatte il costo dell'energia elettrica per almeno 35-45 anni (stima di vita media impianti esistenti). In Germania, e di recente anche in Italia con il Conto Energia, i proprietari dei pannelli solari fotovoltaici rivendono l'energia prodotta alle società elettriche ottenendo in cambio un reddito mensile aggiuntivo.

• I pannelli fotovoltaici sono installati sul tetto della propria abitazione o ovunque ci sia un'esposizione diretta ai raggi solari (es. terrazze, cortili, terreni ecc.).

• La luce solare è trasformata in energia elettrica alternata, usufruibile per tutte le normali attività domestiche.

• L'energia elettrica prodotta dai pannelli in eccesso, rispetto ai consumi, viene venduta alla società elettrica come credito da applicare sulla bolletta elettrica. Questo quadro si è ampliato radicalmente nel 2005, quando l'Italia ha approvato il primo "conto energia" in base al quale chiunque può rivendere l'energia prodotta dai pannelli solari ottenendo in cambio un reddito netto (profitto).

Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un modulo fotovoltaico in grado di trasformare la luce solare direttamente in energia elettrica. Un modulo è costituito da 36 celle poste in serie e consente di produrre una potenza di circa 50 Watt. Ogni singola cella fotovoltaica (FV) può produrre circa 1,5 Watt di potenza a una temperatura standard di 25°C. L'energia prodotta dal modulo prende il nome di potenza di picco (Wp).

La modularità dei pannelli fotovoltaici consente una vasta flessibilità di impiego. Le celle possono essere combinate in serie sulla base delle reali esigenze energetiche dell'utenza o sulle caratteristiche della superficie destinata all'impianto.

L'energia elettrica in uscita dal modulo viene passa per dispositivi balance of system per adattare la corrente e trasformarla in corrente alternata tramite il sistema di inverter. L'energia così modificata è introdotta nella rete elettrica per alimentare il consumo di elettricità locale (sistemi isolati in case o imprese) o per essere computata a credito da uno speciale contatore del gestore della rete elettrica.

2) Come avviene la conversione della radiazione solare in energia elettrica?
Fin qui abbiamo descritto gli aspetti pratici. Facciamo adesso un passo indietro per descrivere gli elementi fisici che consentono il funzionamento di un pannello solare. Il flusso luminoso proveniente dal Sole (radiazione solare) investe il materiale semiconduttore del pannello solare, normalmente realizzato utilizzando il silicio. Gli atomi di silicio del pannello solare compongono un reticolato cristallino tridimensionale di forma tetraedrica in cui ognuno di essi mette in comune uno dei suoi quattro elettroni di valenza. L'elettrone in comune è quello con orbita più esterna mediante il quale avviene la conduzione elettrica. Gli altri tre elettroni con orbita più interna sono invece fortemente legati al nucleo dell'atomo e non partecipano alla conduzione. Allo stato normale gli elettroni esterni si trovano in una fase di valenza e non dispongono dell'energia sufficiente per condurre elettricità. Quando ciò si verifica l'elettrone passa dalla banda di valenza a quella di conduzione ed è libero di muoversi all'interno del reticolato grazie alla stretta vicinanza degli altri atomi di silicio. Nel passaggio di banda lascia dietro di sé una lacuna. Il movimento degli elettroni esterni in banda di conduzione e delle relative lacune continua fin quando è presente l'irraggiamento solare.

3) Che cosa sono i conduttori?
I materiali conduttori possiedono elettroni esterni appartenenti alla stato di valenza e di conduzione. Per questa ragione conducono ottimamente l'elettricità. Le due bande sono sostanzialmente sovrapposte. Al contrario, i materiali isolanti hanno la banda di conduzione molto distante da quella di valenza. Nei semiconduttori gli elettroni sono allo stato di valenza (come nei materiali isolanti) ma la distanza con la banda di conduzione è minima. E' quindi possibile che un elettrone esterno passi temporaneamente dalla banda di valenza a quella di conduzione. Ciò avviene quando l'elettrone è investito da un flusso luminoso in grado di liberare gli elettroni più esterni. Per ogni elettrone passato alla banda di conduzione si lascia libera una lacuna nella banda di valenza. Come l'elettrone nella banda di conduzione anche la lacuna tende a spostarsi nella banda di valenza per effetto del campo elettrico comportandosi come una carica positiva. 4) Potrò avere energia elettrica anche di notte?
Nelle giornate nuvolose e durante le ore notturne l'abitazione dotata di impianti fotovoltaici in rete non resterà mai al buio. L'uso dei pannelli fotovoltaici "in rete" non sostituisce il consumo della normale rete elettrica che continuerete normalmente a utilizzare.
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4) Potrò avere energia elettrica anche di notte?
Nelle giornate nuvolose e durante le ore notturne l'abitazione dotata di impianti fotovoltaici in rete non resterà mai al buio. L'uso dei pannelli fotovoltaici "in rete" non sostituisce il consumo della normale rete elettrica che continuerete normalmente a utilizzare.

5) I pannelli fotovoltaici sono convenienti?
Esiste un risparmio sulla bolletta della corrente? Molti si domanderanno: "installare i pannelli solari fotovoltaici conviene oppure no?" Questa è la tipica e lecita domanda che ogni persona interessata al fotovoltaico si pone. Rispondiamo subito alla domanda in questo modo: "dipende dal quadro normativo". In breve, l'introduzione del conto energia consente di ammortizzare gli investimenti in pochi anni, si rinuncia a qualsiasi contributo iniziale all'acquisto ma si rivende l'energia elettrica prodotta a una tariffa incentivata. Il Conto Energia ha reso conveniente realizzare un impianto fotovoltaico.

Tralasciando l'aspetto normativo esistono diversi fattori fisici e geografici tali da determinare variazioni nei rendimenti dei pannelli solari fotovoltaici, ad esempio la latitudine. L'irraggiamento solare non è uguale ovunque. Si prenda come metro di confronto nord-centro-sud la seguente tabella tratta dal Ministero dell'Ambiente:

 
Elettricità prodotta KWh/anno da un impianto FV di 8 m²
nord
1.167 kWh ogni anno
centro
1.477 kWh ogni anno
sud
1.669 kWh ogni anno


 

Come interpretare la tabella: un impianto fotovoltaico di circa 8 m² installato su un'abitazione della provincia di Milano produce ogni anno 1.167 kWh ogni anno. Gli stessi 8 metri quadrati producono 1.477 kWh a Roma e 1.669 a Trapani.
Detto questo cerchiamo adesso di spiegare come si arriva a questi risultati (fonte Ministero dell'Ambiente). Nella zona di Milano l'insolazione media annuale è di 1.372.4 kWh/m² anno. Considerando un abbattimento del 12,5% causato dall'efficienza dei moduli FV e una perdita del 85% dovuta al trasferimento dell'energia per l'uso domestico (cd BOS) si ottiene che per ogni metro quadro di pannelli solari fotovoltaici produce 146 kWh ogni anno.

Pertanto 8 m² di pannelli fotovoltaici sul proprio tetto producono approssimativamente 1.167 kWh ogni anno. Il proprietario dell'immobile dotato di pannelli fotovoltaici avrà un chiaro risparmio nel consumo domestico di energia elettrica.
Lo stesso metodo di calcolo può essere ripetuto per Roma e di Trapani. Nella zona di Roma l'insolazione annuale naturale media è pari a 1.737 kWh/m², nella zona di Trapani 1.963 kWh/m².

L'esposizione al sole della superficie destinata a ospitare i pannelli FV è un altro aspetto fondamentale. Per ottenere il massimo rendimenti i pannelli solari devono essere sottoposti a un irraggiamento diretto dai raggi solari. La robustezza e l'inclinazione del tetto sono un altro aspetto critico da considerare. Un tetto poco robusto o troppo inclinato potrebbe rendere impraticabile o troppo costosa l'installazione del sistema fotovoltaico.
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6) Quanto può costare un impianto fotovoltaico?
Il costo finale di un impianto fotovoltaico di medie dimensioni dipende dalle esigenze di consumo energetico e dalle caratteristiche della propria abitazione. Nel caso dei tetti piani, robusti e ben esposti alla luce solare il costo è notevolmente inferiore rispetto ai tetti inclinati o poco esposti.

I costi sono legati anche al mercato. Il fotovoltaico è un mercato nascente in forte crescita e i prezzi sono soggetti alle tipiche regole della concorrenza e della domanda. Finora la presenza di quadri normativi poco efficaci ha penalizzato la presenza di una stabile domanda di pannelli FV, spesso legata alla presenza di contributi regionali tramite periodici bandi di concorso. L'esiguità dei fondi per la concessione dei contributi e la burocrazia delle procedure hanno fatto il resto. Con la recente decisione di introdurre il sistema del "conto energia" si prevede un rapido incremento della domanda. Il "conto energia", molto atteso anche dalle società di settore, favorirà anche l'accesso sul mercato da parte di nuove imprese competitors a tutto vantaggio della concorrenza. E' pertanto consigliabile richiedere preventivi a più aziende specializzate prima di decidere a chi affidare l'installazione dell'impianto.

Come per qualsiasi altro impianto domestico anche il costo di un impianto fotovoltaico si divide in:
1. Costi iniziali di investimento - Realizzazione impianto, acquisto moduli e dispositivi.
2. Costi di esercizio - La manutenzione annuale pari a 1% dell’investimento

Per molti anni il costo dei pannelli solari stato molto elevato a causa della bassa scala del mercato e del quadro normativo inefficace. Molti analisti prevedono il boom commerciale del solare FV con lo stabilizzarsi del costo pannelli + il Conto Energia eventualmente ancora migliorato + l’affermazione della professionalità degl’installatori più virtuosi, così da garantire il servizio in tutta la sua forma un vero affare per l’ambiente ed il portafoglio.

I costi di manutenzione sono generalmente bassi e accessibili a tutti. Si consiglia di stipulare il contratti di assistenza con la ditta installatrice al momento dell'acquisto per ottenere ulteriori riduzioni nella spesa.

La durata media di un impianto fotovoltaico oscilla tra i 35 e i 45 anni. Durante l'intera vita dell'impianto eliminerete parzialmente o completamente i costi di erogazione dell'energia elettrica ottenendo anche dei surplus economici nel caso del "conto energia". I vantaggi economici sono quindi evidenti.
I costi possono essere abbattuti usufruendo degli incentivi pubblici concessi per l'installazione dei pannelli fotovoltaici dalle Regioni o dallo Stato. In alcuni casi si può ottenere un contributo pari al 75% della spesa complessiva. Purtroppo i fondi pubblici si sono dimostrati inadeguati a coprire l'intera domanda e molti bandi di concorso regionali sono ormai scaduti.

Il futuro è nella politica delle tariffe incentivate. Dal nostro punto di vista riteniamo preferibile un intervento pubblico sulle tariffe di acquisto agevolate dell'energia prodotta dai pannelli solari in conto energia piuttosto che una politica dei contributi basata su fondi pubblici limitati e accessibili a pochi. Le tariffe agevolate sarebbero applicabili a tutti gli acquirenti dei pannelli e consentirebbero al mercato del fotovoltaico di crescere rapidamente.

7) Quanto può durare un impianto fotovoltaico?
Si tratta pertanto di un investimento in grado di perdurare nel tempo per due generazioni. Cambierete automobile almeno 5 volte ma i pannelli fotovoltaici saranno sempre lì a generare elettricità per la vostra casa. Se un impianto fotovoltaico ha un costo oscillante tra i 12.000 e i 18.000 euro la spesa che dedicherete a cambiare automobile durante questo lungo periodo sarà dieci volte superiore. Con l'espansione del mercato fotovoltaico i nuovi pannelli garantiscono autonomia di funzionamento e rendimenti sempre più elevati. Il prezzo dei pannelli fotovoltaici tende costantemente a scendere facendo accedere alla domanda anche chi aveva scartato l'ipotesi in passato a causa dei costi troppo elevati. Il miglioramento normativo, introdotto con il "conto energia", farà il resto garantendo per venti anni il riacquisto dell'energia elettrica prodotta dai pannelli in cambio di tariffe incentivate.
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8) Posso usufruire di incentivi ?
Per promuovere l'utilizzo di fonti rinnovabili per la creazione di energia, il 19 Settembre 2005 e' entrata in vigore anche in Italia la possibilità di usufruire di incentivi per la costruzione di impianti fotovoltaici (pannelli solari che producono elettricità), che verranno erogati in "conto energia", ovvero rivendendo tutta l'energia elettrica prodotta direttamente al gestore GSE (Gestore dei servizi elettrici) ad una tariffa incentivante.
L'energia prodotta dall'impianto fotovoltaico viene convertita dall'inverter e immessa nella rete locale a bassa tensione.

Il primo contatore (contatore 1) posizionato dal gestore GSE a valle dell'inverter, conteggia tutta l'energia prodotta dall'impianto, e riconosce al produttore, per venti anni, a seconda della classe di appartenenza definita in base alla potenza, delle tariffe incentivanti che variano al variare della tipologia di impianto e della potenza; in particolare vengono distinte le seguenti tipologie di impianto:

1. Impianto non integrato (es. impianto al suolo)
2. Impianto parzialmente integrato (es. impianti a tetto aderenti alla superficie della copertura)
3. Impianto integrato (es. pensiline con copertura costituita da moduli fotovoltaici)

Le nuove tariffe del Conto Energia 2009 sono ridotte del 2% rispetto alle tariffe del 2008, per gli impianti che sono entrati in funzione dal 1 Gennaio 2009.

Potenza P (kW)
Tipo Impianto
 
Non integrato
Parzialmente integrato
Integrato
1 ≤ P ≤ 3
0,392
0,4312
0,4802
3 < P ≤ 20
0,3724
0,4116
0,4508
P > 20
0,3528
0,392
0,4312



L’energia prodotta viene ceduta al gestore locale (solitamente ENEL) e conteggiata dal secondo contatore (contatore 2) che rileva i KWh immessi alla rete. Il terzo contatore (contatore 3) cioè il normale contatore che si ha normalmente in casa conteggia, il consumo energetico per i propri fabbisogni quando non vi è produzione di energia elettrica dall’impianto.
In sintesi il contatore 2 ha la caratteristica di misurare l’energia immessa nella rete Nazionale, mentre il contatore 3 quello di misurare il consumo. La soluzione tecnica che si sta adottando attualmente e' che il contatore 2 e 3 vengono condensati in uno unico bidirezionale.

9) Che cos’è lo scambio sul posto?
Attraverso la Delibera n. 28/06 l’Autorita' per l’energia elettrica definisce le Condizioni tecnico-economiche del servizio di scambio sul posto dell’energia elettrica prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili di potenza nominale non superiore a 20 kW, ai sensi dell’articolo 6 del decreto legislativo 29 dicembre 2003, n. 387.
Ovvero definisce le regole attraverso cui viene regolamentato un contratto di scambio energetico tra il gestore della rete ed il produttore di energia rinnovabile. In sostanza la delibera definisce che l’energia prodotta attraverso fonte rinnovabile e ceduta al gestore della rete verrà' scontata sui consumi del produttore medesimo.
Facendo un esempio, una famiglia che attraverso il suo impianto fotovoltaico cede alla rete 3Kwh non pagherà al gestore 3Kwh assorbiti dalla rete.
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10) Come si coniuga il conto energia con lo scambio sul posto?
L’Articolo 8 del decreto attuativo del conto energia definisce che la disciplina dello scambio sul posto continua ad applicarsi dopo il termine del periodo di diritto alla tariffe incentivante. I benefici dello scambio sul posto sono aggiuntivi rispetto alle tariffe del conto energia ." . Ciò significa che oltre alle tariffe incentivanti il produttore ha diritto ad uno sconto sulla propria bolletta pari al valore di energia prodotta per la tariffa applicata dal gestore. Inoltre, anche che dopo i venti anni in cui il produttore cederà l’energia prodotta alle tariffe incentivanti definite nel decreto del conto energia il produttore di energia rinnovabile potrà usufruire dello scambio sul posto. Questo tutela il produttore dalle variazioni del prezzo dell’energia definite dal mercato energetico anche dopo i venti anni a regime conto energia per tutta la vita dell’impianto (25/30 anni).

11) Come avviene l’accesso agli incentivi conto energia?
L’accesso agli incentivi del nuovo conto energia per il fotovoltaico avviene direttamente dal sito del GSE

12) Quali tipi di impianto esistono?
I sistemi solari fotovoltaici si dividono in:

Sistemi "stand alone" (isolati)

Questi sistemi FV non sono connessi alla rete elettrica pertanto non cedono l'energia prodotta in eccesso alla rete ma la accumulano in apposite batterie locali. L'energia immagazzinata consentirà l'erogazione in un secondo tempo (es. illuminazioni stradali in zone di montagna). Questi sistemi hanno l'indubbio vantaggio di fornire energia elettrica in luoghi ancora scoperti dalla rete elettrica e risolvere quindi il problema delle utenze difficili (il cui costo sociale di allacciamento alla rete elettrica è elevato).

Sistemi "grid connect" (connessi alla rete elettrica)
Questi sistemi hanno un collegamento diretto con rete elettrica e possono scambiare energia elettrica (es. vendendo alla rete nazionale l'energia prodotta in eccesso dai pannelli solari rispetto al consumo). In questi casi l'utenza può contare sia sull'energia elettrica prodotta dal pannello fotovoltaico sia dalla normale erogazione di energia della rete nazionale. Il costo finale in bolletta sarà il saldo algebrico tra i due flussi di energia. Gli impianti "grid connect" possono essere di piccole dimensioni (es. piccole utenze) o di grandi dimensioni (es. centrali fotovoltaiche). Il principio di funzionamento è simile in entrambi i casi: l'energia elettrica prodotta dai pannelli solari ceduta direttamente alla rete elettrica nazionale e conteggiata a credito da uno speciale contatore del gestore della rete elettrica.

13) Quanta energia potrò ricavare dall'impianto?
La produzione di energia tramite gli impianti fotovoltaici dipende da vari fattori:

Superficie dell'impianto
L'inclinazione ideale dei pannelli solari rispetto al terreno è di 30°. Per le altre pendenze la perdita oscilla dal -10% per inclinazioni orizzontali (tetto piano) e -35% per inclinazioni completamente verticali (pareti esterne).
Posizione dei pannelli rispetto al sole
I pannelli devono essere esposti a sud per ricevere il max. irraggiamento solare. Orientando i pannelli verso sud-est o verso sud-ovest si ottiene una perdita del -5%. E' importante anche correggere l'inclinazione in base alla propria latitudine. L'inclinazione dei pannelli deve essere aggiustata con angolo di inclinazione pari alla latitudine locale sottratta di 10° circa.
Potenza della radiazione solare
L'energia solare irraggia diversamente una località del nord e del sud Italia. Basti considerare i diversi valori di insolazione media di Milano (1372,4 kWh/m2 anno), di Roma (1737,4 kWh/m2 anno) e di Trapani (1963,7 kWh/m2 anno). Anche le caratteristiche morfologiche e atmosferiche della zona hanno un ruolo importante nel determinare la potenza della radiazione solare e la raccolta di energia fotovoltaica.
Efficienza dei moduli FV
In condizioni "standard" d'insolazione (1000 W/m2, temperatura del modulo di 25°C) si stima che l'efficienza dei moduli fotovoltaici oscilli mediamente tra 10-12,5%.
Efficienza del BOS Per BOS
si intende l'insieme dei dispositivi e dei componenti elettrici necessari per trasferire l'energia prodotta dai moduli fotovoltaici fino alla rete elettrica. Un valore dell’85% è generalmente considerato accettabile. Es. dato il valore di insolazione media annua di Roma (1737.4 kWh/m² anno) 8 metri quadri di pannelli coprono una superficie potenziale di 1737.4 kWh x 8 = 13.899,2 kWh. L'efficienza dei moduli permetterà di convertirne il 10% in energia elettrica, ovvero 1.389 kWh. Considerando poi anche l'efficienza media del BOS pari al 85%, 1389 kWh x 85% otteniamo 1181 kWh. Complessivamente, 8 metri quadri di pannelli solari a Roma produrranno 1.181 kWh annuali di corrente alternata.
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14) Quali sono vantaggi ambientali?
Finora abbiamo esposto i vantaggi economici per il singolo acquirente di un impianto fotovoltaico, aspetto fondamentale per una grande diffusione ma non l'unico.

Dal punto di vista sociale. Gli impianti fotovoltaici riducono la domanda di energia da altre fonti tradizionali contribuendo alla riduzione dell'inquinamento atmosferico (emissioni di anidride carbonica generate altrimenti dalle centrali termoelettriche). L'emissione di anidride carbonica "evitata" ogni anno è facilmente calcolabile. E' sufficiente moltiplicare il valore di energia elettrica prodotta dall'impianto fotovoltaico per il fattore del mix elettrico italiano (0,531 Kg Ci2/kWhel).

Es. 1000 kWhel/kWp x 0,531 Kg = 531 Kg Co2 Moltiplicando poi l'anidride carbonica "evitata" ogni anno per l'intera vita dell'impianto fotovoltaico, ovvero per 30 anni, si ottiene il vantaggio sociale complessivo. Nel precedente esempio, l'impianto fotovoltaico durante la sua vita "evita" la produzione di 15.930 Kg di CO2 e facilita il rispetto del Protocollo di Kyoto.

L'impatto sul paesaggio.
La modularità dei pannelli solari consente di integrare i moduli sulle superfici esistenti delle abitazioni, normalmente sui tetti. L'impatto ambientale e paesaggistico è pertanto nullo.

 

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