INDICE. Premessa...pag. 7

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1 INDICE Premessa...pag. 7 CAPITOLO 1 Introduzione e cenni storici 1.1. Introduzione...» Cenni storici...» Il Sole degli antichi...» Storia dell effetto fotovoltaico...» 10 CAPITOLO 2 La radiazione solare 2.1. Cenni di geografia astronomica...» La Terra...» Il Sole...» Le interazioni tra la Terra e il Sole...» Cenni sul magnetismo terrestre...» L irraggiamento extratmosferico e la costante solare...» Lo spettro solare...» Il rilevamento degli astri nella volta celeste...» L irraggiamento al suolo...» L irraggiamento al suolo in condizioni di giornata serena...» Inclinazione della superficie captante...» Radiazione diretta incidente su una superficie inclinata...» Radiazione diffusa incidente su una superficie inclinata...» Radiazione riflessa incidente su una superficie inclinata...» Radiazione globale incidente su una superficie inclinata...» Scomposizione della radiazione solare...» 34 CAPITOLO 3 Fisica della conversione fotovoltaica 3.1. La costante di Planck e l energia del fotone...» La fisica dell effetto fotovoltaico...» Struttura a bande di energia...» L effetto fotoelettrico...» Coppie elettrone-lacuna...» Processo di drogaggio dei semiconduttori...» Giunzione p-n...» 44 CAPITOLO 4 Componenti di un impianto fotovoltaico connesso in r ete 4.1. Sistemi fotovoltaici...» La cella fotovoltaica...» Il modulo fotovoltaico...» Il generatore fotovoltaico...» L inverter...» Le strutture di sostegno...» Sistemi fotovoltaici integrati in architettura...» 57

2 CAPITOLO 5 Progettazione di un impianto fotovoltaico connesso in r ete 5.1. Studio di fattibilità e analisi dell utenza...» Analisi delle ombre e diagrammi solari...» Studio delle ombre sistematiche tra file parallele...» Analisi di producibilità di un impianto fotovoltaico...» Criteri di scelta dei componenti...» Moduli fotovoltaici...» Convertitori statici...» Cavi elettrici per energia...» Quadri elettrici...» Quadro di campo...» Quadro di interfaccia rete...» Sistemi di distribuzione per impianti fotovoltaici...» Criteri di protezione dalle scariche atmosferiche...» Strutture sprovviste di impianto LPS...» Strutture provviste di impianto LPS...» Manutenzione di un impianto fotovoltaico...» 72 CAPITOLO 6 Aspetti economici 6.1. Il costo del chilowattora...» L energy pay back time...» Il conto energia...» 76 CAPITOLO 7 Software di calcolo per impianti solari fotovoltaici tetti FV 7.1. Presentazione del software...» Requisiti minimi di sistema...» Installazione...» Installazione del programma...» Attivazione del programma...» Il sistema di protezione...» Istruzioni per la attivazione via Internet...» Attivazione telefonica...» Assistenza tecnica...» Descrizione dell ambiente di lavoro...» 83 Progetti...» 101 Glossario Terminologia tecnica...» 191 Bibliografia...» 204

3 FINESTRA PRINCIPALE SEZIONE DATI UTENTE Consente di immettere i dati relativi all utente, all utenza elettrica e alla località di realizzazione dell intervento. Con il DM 19/02/2007, sono state identificate quattro categorie di utenti: persone fisiche; persone giuridiche; soggetti pubblici; condomini di unità abitative e/o di edifici. Identificata la categoria di appartenenza del committente, vengono richiesti una serie di dati testuali necessari per la creazione della documentazione tecnica per accedere al conto energia. Figura 7.1 Sezione DATI UTENTE FINESTRA PRINCIPALE SEZIONE DATI IMPIANTO Campo input Descrizione COMMITTENTE POSIZIONE Inserire il nominativo del committente. La relazione tecnica e/o il preventivo verranno salvati con il nominativo del committente. Inserire la posizione del committente (proprietario, locatario, ecc.). RAPPRESENTANTE Inserire il nominativo del rappresentante legale. LEGALE 84

4 CAP INDIRIZZO TELEFONO CODICE FISCALE PARTIVA IVA Inserire il codice avviamento postale del committente. Inserire l indirizzo del committente. Inserire il numero di telefono del committente. Inserire il codice fiscale del committente. Inserire la partita IVA del committente. LOCALITÀ DI REALIZZAZIONE DELL INTERVENTO CITTÀ Inserire la città nella quale dovrà essere realizzato l impianto fotovoltaico. INDIRIZZO CAP Inserire l indirizzo della località nella quale dovrà essere realizzato l impianto fotovoltaico. Inserire il codice avviamento postale della località nella quale dovrà essere realizzato l impianto fotovoltaico. INTESTATARIO Inserire il nominativo dell intestatario dell utenza elettrica cor - DELL UTENZA rispondente all impianto sul quale dovrà essere realizzato l im - pianto fotovoltaico. DESTINAZIONE D USO NUMERO UTENZA Inserire la destinazione d uso dell immobile sul quale dovrà essere realizzato l impianto fotovoltaico. Inserire il numero dell utenza elettrica corrispondente all impianto sul quale dovrà essere realizzato l impianto fotovoltaico. In caso di nuova utenza inserire: Nuova utenza. POTENZA Inserire il valore in kw della potenza impegnata con l ente IMPIEGATA (KW) distributore dell energia elettrica. TARIFFA Inserire il tipo di tarif fa stipulata con l ente distributore dell e - nergia elettrica. TIPO DEL SISTEMA ELETTRICO Inserire il tipo di utenza (monofase o trifase) corrispondente all impianto sul quale dovrà essere realizzato l impianto fotovoltaico. 85

5 CONSUMI Inserire il consumo di energia annuo dell utenza (kwh/anno). DATI RELATIVI ALLE IMPRESE DETTAGLI ISCRIZIONE ALLA CCIAA Inserire i dettagli relativi all iscrizione alla camera di commercio. Finestra principale Sezione DATI IMPIANTO Ciccando su DATI IMPIANTO è possibile immettere i dati relativi all impianto, compilando i campi input delle sezioni così come descritto di seguito. Nella fase iniziale dello studio di un impianto fotovoltaico connesso in rete, è necessario raccogliere una serie di informazioni che sono essenziali per il cor - retto dimensionamento del sistema. Gli elementi da tenere in considerazione sono: la località del sito; la presenza di eventuali fenomeni di ombreggiamento sulla superficie captante; il fattore di albedo (composizione dell ambiente circostante per il calcolo della componente riflessa della radiazione solare); Figura 7.2 Sezione DATI IMPIANTO 86

6 il posizionamento del generatore fotovoltaico; l esposizione del generatore fotovoltaico; la tipologia di posizionamento del generatore fotovoltaico (retrofit o strutturale); i dispositivi fotovoltaici da utilizzare. DATI RELATIVI ALL IMPIANTO INSERIMENTO Consente di inserire una località con relativi dati climatici (rica- LOCALITÀ vati dalla Norma UNI 10349). INSERIMENTO INVERTER INSERIMENTO MODULO Consente il dimensionamento dell'impianto fotovoltaico in funzione delle caratteristiche dell inverter immesso. Consente il dimensionamento dell'impianto fotovoltaico in funzione delle caratteristiche del modulo immesso. DATI RELATIVI AL POSIZIONAMENTO DEL GENERATORE FV INSERIMENTO ALBEDO Consente il calcolo della componente riflessa. ESPOSIZIONE SCELTA DEI MODULI Selezionata una località, tra quelle inserite nel database, il programma suggerisce l'esposizione consigliata al fine di massimizzare la producibilità dell'impianto. È possibile variare tali valori in funzione della reale esposizione del campo fotovoltai - co. COEFFICIENTE DI Fattore di riduzione che consente di dimensionare l'impianto OMBREG.MENTO tenendo conto di eventuali fenomeni di ombreggiamento. È un (K) valore che viene stimato dal progettista o ricavato dai diagram - mi dei percorsi solari per il sito in esame. TIPO DI È possibile specificare il livello di integrazione architettonica INSTALLAZIONE dell impianto fotovoltaico. POSIZ. GENERATORE FV voltaico. Consente di inserire la tipologia di installazione del campo foto- 87

7 Finestra principale Sezione CALCOLI Immessi tutti i dati dell impianto e ciccando su CALCOLI, il programma suggeri - sce l intervallo di accettabilità di ciascun elemento (numero di moduli per strin - ga, numero di stringhe in parallelo). Ciccando su CONFIGURA IMPIANTO, il software automaticamente identifica la migliore configurazione dell impianto fotovoltaico in funzione dei dati inseriti. È possibile variare la configurazione in base alle esigenze progettuali ciccando sui comandi RIDUCI e/o AUMENTA. Anche in questo caso il programma suggerisce mediante la codifica dei colori (Rosso = FAIL; Blue = OK) l intervallo di compatibilità degli elementi selezionati. In caso di caratteristiche elettriche non compatibili, è possibile che non si verifichi un perfetto accoppiamento tra il generatore fotovoltaico e l inver - ter, in questo caso, ciccando su CONFIGURA IMPIANTO, il software segnala l anomalia mediante un messaggio che invita a sostituire la configurazione scelta. Individuata la configurazione ottimale del sistema è possibile aumentare la potenza dell impianto aumentando il numero degli inverter in parallelo. È opportuno sottolineare che per impianti fotovoltaici con potenza maggiore di 6 kwp la configurazione del sistema deve necessariamente essere trifase; ciò è ottenibile inserendo un inverter centralizzato trifase o distribuendo equamente tra le fasi più inverter monofase, ciascuno collegato tra una fase e il neutro. Figura 7.3 Sezione CALCOLI 88

8 DATI TECNICI N. MODULI Indica il numero di moduli collegati in serie a formare una stringa. PER STRINGA N. STRINGHE Indica il numero di stringhe collegate in parallelo. IN PARALLELO N. INVERTER Indica il numero di inverter collegati in parallelo a formare il IN PARALLELO campo fotovoltaico. NUMERO TOTALE DI MODULI Indica il numero totale di moduli che compongono il generatore fotovoltaico. SUPERFICIE DELL IMPIANTO voltaico. Indica la superficie in metri quadri occupata dall impianto foto- PRODUCIBILITÀ Indica la quantità di ener gia elettrica prodotta in un anno dal- TOTALE ANNUA l impianto fotovoltaico (kwh/anno). POTENZA DI STRINGA POTENZA EFFETTIVA IMPIANTO TENSIONE DI STRINGA A 25 C TENSIONE DI STRINGA A 10 C TENSIONE DI STRINGA A 50 C TENSIONE DI STRINGA A 70 C Indica la potenza in W di una singola stringa. Indica la potenza effettiva in W dell intero impianto fotovoltaico. Indica il valore in V della tensione di stringa alla temperatura dei moduli di 25 C. Indica il valore in V della tensione di stringa alla temperatura minima di funzionamento dei moduli. Indica il valore in V della tensione di stringa alla temperatura d esercizio dei moduli. Indica il valore in V della tensione di stringa alla temperatura massima di funzionamento dei moduli. 89

9 TENSIONE DI STRINGA A VUOTO A 10 C Indica il valore in V della tensione di stringa a vuoto alla temperatura minima di funzionamento dei moduli. TENSIONE DI STRINGA A VUOTO 25 C Indica il valore in V della tensione di stringa a vuoto alla temperatura dei moduli di 25 C. CORRENTE MAX Indica la massima corrente misurata in A, in uscita dal genera- GENERATORE FV tore fotovoltaico. POTENZA MASSIMA INVERTER NOMINAL POWER RATIO Indica la potenza massima in W in ingresso all inverter. Indica il valore percentuale del rapporto tra la P dc,max e la potenza massima in ingresso all inverter. Finestra principale Sezione STRUTTURA DI SOSTEGNO Consente di inserire i dettagli relativi al sito di installazione, alla struttura di sostegno e al posizionamento dei moduli in funzione della tipologia di installa - zione scelta. DETTAGLI DI Consente di inserire una breve descrizione (max 255 caratteri) INSTALLAZIONE del sito di installazione. È possibile specificare nel campo DESCRIVERE BREVEMENTE IL SITO DI INSTAL- LAZIONE se l impianto sarà installato in un edificio soggetto a vincoli paesag - gistici. DETTAGLI STRUTTURA DI SOSTEGNO Consente di inserire una breve descrizione (255 caratteri) della struttura di sostegno dei moduli. POSIZIONAMENTO Consente di specificare il tipo di posizionamento dei moduli in MODULI copertura piana (orizzontale o verticale) e di calcolare le distanze minime (parziale1, parziale2 e distanza totale tra un modulo e l'altro). Per tutte le altre tipologie di installazione dei moduli, inserire una breve descrizione (max 255 caratteri) relativa al posizionamento dei moduli. 90

10 Figura 7.4 Sezione STRUTTURA DI SOSTEGNO Finestra principale Sezione PREVENTIVO Consente di creare un preventivo dettagliato e uno studio di fattibilità dell idea progettuale. Figura 7.5 Sezione PREVENTIVO 91

11 Figura 7.6 Sezione PREVENTIVO con IRPEF (36%) ENTITÀ DEL Identifica il valore della tarif fa incentivante stabilita nel DM KWF FV PRODOTTO ENTITÀ DEL KWH ACQUISTATO ANTICIPO/ DEPOSITO CAUZIONALE IN EURO Identifica il valore d acquisto stabilito dall ente distributore dell energia elettrica. Identifica il valore in euro dell anticipo o dell eventuale deposito cauzionale. È possibile inserire eventuali detrazioni, in tal caso, è opportuno ricordare che il DM 19/02/2007 non prevede la cumulabilità degli incentivi in conto ener gia con la detrazione IRPEF; mentre, l art. 6, comma 4 del DM 19/02/2007 stabi - lisce, per alcune tipologie di impianti, un incremento del 5% della tarifa incentivante riconosciuta, mentre l art. 7 prevede un premio abbinato ad un uso efficiente dell energia. Finestra principale TOOLBAR Figura 7.7 Barra degli strumenti 92

12 Icona/comando Descrizione Consente di creare un nuovo progetto eliminando quello attua - le. Consente di aprire un progetto precedentemente salvato con Tetti FV. Consente di salvare su file con estensione.fv il progetto attuale. Consente di visualizzare l interfaccia SELEZIONA LOCALITÀ. Consente di visualizzare l interfaccia SELEZIONA MODULO. Consente di visualizzare l interfaccia DETTAGLI INVERTER. Consente di visualizzare l interfaccia IMPOSTAZIONI (temperatura moduli, efficienza del BOS, ecc.). Consente di verificare la presenza in rete di aggiornamenti al software. Consente di creare su file con estensione.doc la documentazio - ne necessaria per accedere ai vari contributi (Conto ener gia, Legge 10/91). Consente di visualizzare il grafico relativo alla radiazione sola - re media mensile. Consente di uscire definitivamente dal programma. È possibile in ogni momento verificare le caratteristiche del modulo e/o della località e/o dell inverter inserito agendo sulla toolbar o sugli appositi comandi. Finestra secondaria SELEZIONA LOCALITÀ Consente di inserire/modificare/cancellare/selezionare una località. 93

13 Figura 7.8 SELEZIONA LOCALITÀ Il database del software, aggiornato alla norma UNI Dati climatici, contiene 103 località italiane (capoluoghi di provincia). SELEZIONE LOCALITÀ PERMETTE DI: Aggiungere un elemento nel database cliccando su AGGIUNGI. Cancellare un elemento del database cliccando su CANCELLA. Salvare un elemento nel database, precedentemente inserito, cliccando su SALVA. Modificare un elemento del database cliccando su MODIFICA. Selezionare un elemento del database cliccando su SELEZIONA. Abbandonare la finestra cliccando su ESCI. Finestra secondaria SELEZIONA MODULO Consente di inserire/modificare/cancellare/selezionare un modulo fotovoltaico. Figura 7.9 SELEZIONA MODULO Il database del software, contiene oltre 200 moduli fotovoltaici comunemente utilizzati in Italia. Le certificazioni ottenute da ciascun modulo possono essere visionate nella se - 94

14 zione CERTIFICAZIONI; è possibile, in fase di modifica o inserimento nel database di un nuovo modulo, selezionare il controllo per inserire la certificazione corri - spondente. SELEZIONA MODULO PERMETTE DI: Aggiungere un elemento nel database cliccando su AGGIUNGI. Cancellare un elemento del database cliccando su CANCELLA. Salvare un elemento nel database, precedentemente inserito, cliccando su SALVA. Modificare un elemento del database cliccando su MODIFICA. Selezionare un elemento del database cliccando su SELEZIONA. Abbandonare la finestra cliccando su ESCI. Il valore del coefficiente termico V oc (%/ C) è indicato nelle specifiche tecniche del modulo o altrimenti ricavabile mediante la seguente formula: V oc (%/ C) = (α V oc / V oc ) 100 in cui αv oc è il coefficiente di temperatura della V oc espresso in V/ C. Finestra secondaria DETTAGLI INVERTER Consente di inserire/modificare/cancellare/selezionare un inverter. Figura 7.10 DETTAGLI INVERTER Il database del software, contiene i convertitori comunemente utilizzati in Italia. DETTAGLI INVERTER PERMETTE DI: Aggiungere un elemento nel database cliccando su AGGIUNGI. Cancellare un elemento del database cliccando su CANCELLA. Salvare un elemento nel database, precedentemente inserito, cliccando su SALVA. Modificare un elemento del database cliccando su MODIFICA. Selezionare un elemento del database cliccando su SELEZIONA. Abbandonare la finestra cliccando su ESCI. 95

15 Le caratteristiche elettriche e meccaniche dell inverter sono indicate nelle specifiche tecniche. Attivare il controllo CERTIFICAZIONI CEI, IEC, ECC nella sezione CERTIFICAZIONI per inserire la certificazione all inverter corrispondente. Finestra secondaria PREFERENZE La finestra secondaria PREFERENZE è suddivisa in 5 schede. La prima scheda, PROGETTISTA, consente di inserire/modificare/cancellare i dati relativi al progettista. Tali dati verranno successivamente inseriti nella relazione/of ferta. Figura 7.11 PREFERENZE, scheda PROGETTISTA La seconda scheda, ENTE, consente di modificare i dati relativi all ente distribu - tore dell energia elettrica. Figura 7.12 PREFERENZE, scheda ENTE La terza scheda, TARIFFE CE, consente di modificare i dati relativi alle tarif incentivanti in conto energia. fe 96

16 Figura 7.13 PREFERENZE, scheda TARIFFE CE La quarta scheda TEMP. MODULI, consente di modificare i dati relativi alla temperatura di funzionamento dei moduli. Figura 7.14 PREFERENZE, scheda TEMP. MODULI La quinta scheda B.O.S. consente di modificare l efficienza del B.O.S. Figura 7.15 PREFERENZE, scheda B.O.S. 97

17 Finestra secondaria GRAFICO (radiazione solare media mensile) Consente di visualizzare e stampare il grafico a barre della radiazione solare media mensile. Figura 7.16 Grafico della radiazione solare media mensile Finestra secondaria INCREMENTO 5% Consente di individuare le tipologie di impianto che, in ottemperanza all art. 6, comma 4 del DM 19/02/2007, hanno diritto all incremento del 5% della tarif fa incentivante riconosciuta. Figura 7.17 INCREMENTO 5% 98

18 Finestra secondaria PREMIO EFFICIENZA Consente di inserire, in ottemperanza all art. 7 del DM 19/02/2007, il premio per impianti abbinati ad un uso efficiente dell energia. Figura 7.18 PREMIO EFFICIENZA Finestra secondaria CONTO ENERGIA Consente di creare la domanda di connessione alla rete dell ente distributore dell energia elettrica, la scheda tecnica riepilogativa, la dichiarazione sostitutiva ed il progetto preliminare. Figura 7.19 CONTO ENERGIA, scheda CONNESSIONE RETE La scheda Connessione rete consente di creare la domanda di connessione alla rete dell ente distributore dell energia elettrica. 99

19 Figura 7.20 CONTO ENERGIA, scheda INFORMATIVA GSE Finestra secondaria STAMPA Inseriti tutti i dati è possibile scegliere il documento da creare in formato.rtf, compatibile con qualsiasi word processor. Figura 7.21 STAMPA 100