INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO

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1 INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO EFFETTO FOTOVOLTAICO La conversione dell energia elettromagnetica proveniente dal sole in energia elettrica tramite l effetto fotovoltaico si basa sulle proprietà dei materiali semiconduttori, che hanno caratteristiche intermedie tra i metalli e gli isolanti. Il semiconduttore più usato è il silicio. Allo stato non eccitato il silicio non è conduttore, ma fornendogli una certa quantità di energia (energia solare) può generare carica elettrica e quindi produrre energia elettrica. L atomo di silicio ha 14 elettroni, di cui 4 costituiscono legami covalenti tra un atomo e quelli adiacenti. Normalmente il silicio non è conduttore perché i suoi 4 elettroni più esterni sono imprigionati nella banda di valenza e non possono fare si che ci sia conduzione di elettricità. Se a questi elettroni viene fornita energia essi sono in grado di abbandonare la banda di valenza e di passare a quella di conduzione. LA CELLA FOTOVOLTAICA L elemento base dei dispositivi fotovoltaici è la cella fotovoltaica. Essa può avere varie misure ed essere realizzata in vari materiali. Per quasi la totalità dei casi si tratta di celle in silicio, che può essere di diverso genere: policristallino, monocristallino, microamorfo e amorfo. Una forma tipica delle celle è quella quadrata, con una superficie di circa 100 cm quadrati, ma si realizzano anche celle di dimensioni maggiori. Esponendo alla luce solare la cella si innesca il meccanismo di produzione di energia elettrica. Il buon funzionamento della cella dipende, oltre dal tipo di materiale con cui viene costruita, da 2 importanti parametri: Intensità della radiazione luminosa; Temperatura della cella. 1

2 Dato che tale dispositivo è alimentato da una fonte variabile come la radiazione solare bisogna riferirsi a delle condizioni particolari ben precise per valutarne le prestazioni. Queste vengono chiamate condizioni standard e sono: Intensità della radiazione solare: 1000 W/m2; Temperatura della cella: 25 C Spettro solare: AM 1,5. Infatti la potenza generata dalla cella è espressa in Watt picco (Wp), cioè la potenza generata nelle condizioni standard sopra specificate. IL MODULO FOTOVOLTAICO A partire dalle celle finite si costituiscono i moduli. Nella realizzazione dei moduli si cerca di proteggere le celle dagli agenti atmosferici mediante la realizzazione di un sandwich composto, andando dalla parte esterna a quella interna, dei seguenti elementi: Lastra di vetro: deve assicurare un elevata trasmittanza ed una buona resistenza meccanica; Foglio sigillante: garantisce la tenuta agli agenti esterni ed assicura un buon isolamento dielettrico (EVA; acetato viniletilenico). Celle fotovoltaiche; Altro foglio sigillante: per garantire la tenuta delle celle agli agenti esterni anche sull altro lato; Strato posteriore: altro vetro oppure un isolante (Tedlar); MATERIALI IMPIEGATI La buona efficienza dei pannelli e di conseguenza la buona resa dell impianto è legata, oltre che alla radiazione luminosa e alla temperatura della cella, anche alla qualità dei materiali e alla tecnologia di produzione dei pannelli stessi. 2

3 Ad esempio il vetro (spessore di circa 4 mm), che deve assolvere alla funzione di permettere Il passaggio della luce e proteggere la parte attiva, viene temprato. Le caratteristiche meccaniche del vetro superiore devono essere tali da assicurarne la calpestabilità e resistere a condizioni metereologiche particolarmente severe, come la caduta di grandine. La sua trasmittanza, cioè la capacità di essere attraversato dalla luce solare, deve essere molto superiore a quella dei comuni vetri in commercio, altrimenti pregiudicherebbe il rendimento complessivo del modulo. A tale scopo si adottano composizioni con basso contenuto di ferro. Inoltre le condizioni operative nelle quali si svolge parte del processo di costruzione, detto laminazione, di un modulo fotovoltaico hanno un forte impatto sulle prestazioni e sull affidabilità nel tempo del prodotto finito. Altro parametro importante è il tipo di silicio adottato per costruire le celle, dal quale dipende l efficienza dei moduli. IL GENERATORE FOTOVOLTAICO Il generatore fotovoltaico è il cuore del sistema di produzione dell energia elettrica solare. Esso genera una corrente continua che viene poi trasformata in alternata. La configurazione più comune di collegamento tra i moduli fotovoltaici in un impianto fotovoltaico è quella in cui stringhe di moduli in serie vengono connesse in parallelo. Un insieme di moduli collegati in serie (stringhe) e parallelo formano un campo fotovoltaico. 3

4 SISTEMA FOTOVOLTAICO I sistemi fotovoltaici possono essere di due tipi: Sistemi isolati ( stand alone ) Sistemi connessi in rete ( grid connected ) I primi devono coprire la totalità della domanda energetica dell utente e prevedono per questo un sistema di accumulo a batterie che garantisca l erogazione di corrente anche nelle ore di minore illuminazione o di buio. Il sistema isolato è costituito da: Pannelli fotovoltaici Regolatore di carica Batteria Inverter (converte la corrente da continua in alternata) i sistemi connessi alla rete cedono ad essa l eccedenza di energia generata nelle ore di sole e ne acquistano nelle ore in cui il generatore non è sufficiente a coprire il fabbisogno energetico dell utenza. I sistemi connessi alla rete dispongono perciò di due contatori per valutare i flussi di energia elettrica nelle due direzioni. Nel complesso un sistema connesso alla rete è composto dagli stessi componenti descritti per un sistema isolato tranne che per le batterie di accumulo, di cui non ha più bisogno dato che può erogare o assorbire potenza direttamente dalla rete elettrica dell ente distributore. ENERGIA PRODOTTA DA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO L energia che un impianto fotovoltaico riesce a produrre dipende da numerosi parametri, i più importanti dei quali sono: Estensione impianto: supeficie captante in m2 Condizioni di insolazione nel sito di installazione: radiazione solare incidente al suolo Posizione dei moduli nello spazio: inclinazione e orientamento della superficie captante 4

5 Efficienza dei moduli Efficienza del resto del sistema (cavi,inverter,ecc) A parità di altre condizioni, l energia ottenibile da un impianto fotovoltaico cresce con la sua superficie utile. Per quanto riguarda le condizioni di insolazione si preferiscono ovviamente siti ad alto irraggiamento. 5

6 ZONA ENERGIA PRODOTTA DA 1KWp IN KWh/ANNO Nord italia Centro italia Sud italia ENERGIA PRODOTTA DA 1 KWp IN BASE ALLA REAZIONE DEL SITO In pratica un impianto da 10 kw correttamente orientato mediamente produrrà: al Nord = 10 kwp x kwh/(anno*kwp) = kwh/anno al Centro = 10 kwp x kwh/(anno*kwp) = kwh/anno al Sud = 10 kwp x kwh/(anno*kwp) = kwh/anno I kwh/anno sono l unità di misura incentivata con le tariffe del GSE (vedi la tabella 1-2-3) NORMATIVA DI RIFERIMENTO ED INCENTIVAZIONE SINTESI D.Lgs. 3 MARZO 2011 E IV CONTO ENERGIA La pubblicazione del decreto sulle fonti rinnovabili (D.Lgs. 3 Marzo 2011) unitamente all emanazione del Quarto Conto Energia, portano sotto la luce dei riflettori il tema del potenziamento della produzione di energia da fonti rinnovabili, cercando di coniugare l obiettivo della tutela dell ambiente con le esigenze energetiche di un grande paese industrializzato. L articolo mira a dare una descrizione sintetica delle principali disposizioni afferenti ai due provvedimenti ponendo in evidenza i temi maggiormente significativi. 6

7 D.Lgs. 3 MARZO Pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n.71 del 28 Marzo 2011 il Decreto Legislativo 3 Marzo 2011, recante Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell uso dell energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE. Il dispositivo è composto da 47 articoli e quattro allegati volti a regolamentare i seguenti aspetti: allegato 1 Procedure di calcolo degli obiettivi; allegato 2 Requisiti e specifiche tecniche degli impianti alimentati da fonti rinnovabili ai fini dell accesso agli incentivi nazionali; allegato 3 Obblighi per i nuovi edifici o gli edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti; allegato 4 Certificazione degli installatori. FINALITA Le finalità del decreto sono declinate nell art.1 e mirano ad incrementare la quota di energia ricavata da fonti rinnovabili, in particolare il dispositivo definisce gli strumenti, i meccanismi, gli incentivi e il quadro istituzionale, finanziario e giuridico, necessari per il raggiungimento degli obiettivi fino al 2020 in materia di quota complessiva di energia da fonti rinnovabili sul consumo finale lordo di energia e di quota di energia da fonti rinnovabili nei trasporti. ENERGIE RINNOVABILI ED OBIETTIVI DA RAGGIUNGERE L elenco delle tipologie di energia ottenibili da fonti rinnovabili è contenuto nelle definizioni di cui all art.1, in particolare <<energia da fonti rinnovabili>> : energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili, vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas ; 7

8 mentre all art.3 sono definiti gli obiettivi nazionali,in termini di percentuale di energia da fonti rinnovabili, previsti per gli Stati membri pari al 17% del consumo finale lordo di energia. REGIMI DI AUTORIZZAZIONE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI L articolo 7 descrive le procedure di autorizzazione per l installazione degli impianti solari e riconduce tale intervento tra quelli che il D.P.R. 380/2001 s.m.i. indica come interventi di edilizia libera ovvero non soggetti a rilascio di titolo abilitativo: gli interventi di installazione di impianti solari sono considerati attività ad edilizia libera e sono realizzati, ai sensi dell art.11, comma 3, del decreto legislativo 30 maggio 2008,n. 115, previa comunicazione, anche per via telematica, dell inizio dei lavori da parte dell interessato all amministrazione comunale, qualora ricorrano congiuntamente le seguenti condizioni: a) Siano installati impianti aderenti o integrati nei tetti di edifici esistenti con la stessa inclinazione e lo stesso orientamento della falda e i cui componenti non modificano la sagoma degli edifici stessi; b) La superficie dell impianto non sia superiore a quella del tetto su cui viene realizzato; c) Gli interventi non ricadano nel campo di applicazione del codice dei beni culturali e del paesaggio,di cui al decreto legislativo 22 Gennaio 2004, n.42, e successive modificazioni. IL QUARTO CONTO ENERGIA Il quarto conto energia è un decreto firmato di concerto tra il Ministero dello Sviluppo Economico e quello dell Ambiente e della tutela del territorio e del mare, si compone di 26 articoli e 5 allegati. L ambito di applicazione prevede che esso si applichi agli impianti fotovoltaici che entrano in esercizio in data successiva al 31 Maggio 2011 e fino al 31 Dicembre 2016, per un obiettivo indicativo di potenza installata a livello 8

9 nazionale di circa MW,corrispondente ad un costo indicativo cumulato annuo degli incentivi stimabile tra 6 e 7 miliardi di euro. DIMENSIONI DEGLI IMPIANTI Il quarto conto energia opera una sorta di classificazione distinguendo tra piccoli e grandi impianti, in particolare sono considerati piccoli impianti quelli aventi le seguenti caratteristiche: Gli impianti sugli edifici di potenza fino a 1 MW, con i moduli posizionati secondo le modalità individuate nell allegato 2; Gli impianti di potenza fino a 200 KW in regime di scambio sul posto; Gli impianti di potenza qualsiasi realizzati sia su edifici che su aree delle pubbliche amministrazioni. I grandi impianti sono individuati in via residuale, ovvero sono considerati grandi impianti tutti i sistemi aventi caratteristiche diverse da quelle citate. 9

10 LIMITI DEL REGIME DI SOSTEGNO L articolo 4 prevede, per il secondo semestre 2011 e per l intero anno 2012, che la concessione della tariffa incentivante ai grandi impianti abbia un limite di spesa di: 300 ML per gli impianti che entrano in esercizio dal 01/06/2011 al 31/12/ ML per gli impianti che entrano in esercizio nel 1 semestre ML per gli impianti che entrano in esercizio nel 2 semestre 2012 Inoltre per gli anni 2011 e 2012, i soggetti responsabili di grandi impianti, devono richiedere al GSE l iscrizione all apposito registro informatico. INCREMENTO DI TARIFFA L art. 14 prevede un incremento della tariffa incentivante base, definita dall allegato 5 del decreto, per specificare tipologie ed applicazioni di impianti fotovoltaici, in particolare: 5% per gli impianti ubicati in zone industriali, cave, miniere o discariche esaurite, aree di pertinenza di discariche o siti contaminati; 5% per i piccoli impianti realizzati dai Comuni con popolazione inferiore a 5000 abitanti; 10% per gli impianti ove almeno il 60% dell investimento, ad esclusione della manodopera, sia costituito da componenti realizzati all interno dell Unione Europea; 5 centeuro/kwh per gli impianti sugli edifici in sostituzione di eternit o amianto 10

11 TARIFFE INCENTIVANTI Il DM del 05/05/2011 definisce una classificazione semplificata degli impianti fotovoltaici,prevedendo la distinzione tariffaria tra due sole tipologie di intervento: Gli impianti fotovoltaici realizzati sugli edifici, installati seguendo particolari modalità di posizionamento indicate dall Allegato 2 del Decreto; Gli altri impianti fotovoltaici, ovvero tutti gli impianti fotovoltaici non ricadenti nella precedente tipologia ivi inclusi gli impianti a terra. Il Decreto prevede, inoltre, la distinzione tra Grandi Impianti per i quali l ammissione alle tariffe incentivanti passa attraverso l iscrizione a un apposito registro informatico gestito dal GSE e Piccoli Impianti. Gli impianti fotovoltaici che entrano in esercizio a partire dal primo Giugno 2011 i cui Soggetti Responsabili sono persone fisiche, persone giuridiche, soggetti pubblici o condomini di unità immobiliari ovvero di edifici, hanno diritto a una tariffa incentivante articolata secondo i valori riportati nella tabella 1, nella tabella 2 e nella tabella 3 oltre al risparmio in bolletta (impianti di scambio sul posto) o alla vendita dell energia elettrica (impianti in cessione totale). Luglio intervallo di potenza impianti sugli edifici [KW] 1 P < P < P < P < P P > Agosto Settembre altri impianti fotovoltaici impianti sugli edifici altri impianti fotovoltaici impianti sugli edifici altri impianti fotovoltaici Tabella 1 anno

12 Ottobre intervallo di potenza impianti sugli edifici [KW] 1 P < P < P < P < P P > Novembre Dicembre altri impianti fotovoltaici impianti sugli edifici altri impianti fotovoltaici impianti sugli edifici altri impianti fotovoltaici Tabella 2 anno 2011 Primo Semestre 2012 intervallo di potenza impianti sugli edifici [KW] 1 P < P < P < P < P P > Secondo Semestre 2012 altri impianti fotovoltaici impianti sugli edifici altri impianti fotovoltaici Tabella 3 anno 2012 A decorrere dal primo semestre 2013 le tariffe assumono valore onnicomprensivo sull energia immessa nel sistema elettrico, sulla quota di energia autoconsumata è attribuita una tariffa specifica come indicato nelle Regole Tecniche. IMPORTANTE Le tariffe riportate nelle tabelle verranno riconosciute in base al periodo di entrata in esercizio dell impianto ovvero al momento dell allaccio alla rete elettrica. Da quel momento l incentivo sarà fisso e riconosciuto per 20 anni senza ulteriori variazioni. 12

13 TIPOLOGIE DI CONTRATTO CONNESSIONE ALLA RETE Un impianto fotovoltaico trasforma l energia del sole in energia elettrica che viene adattata alla nostra 220V AC quindi adattabile a tutte le apparecchiature elettriche. L energia solare varia notevolmente durante il giorno e cessa di produrre energia elettrica durante la notte e giornate particolarmente buie, quindi nelle applicazioni tipiche si dovrà sempre essere collegati alla rete elettrica per avere energia elettrica costante. SCAMBIO SUL POSTO Nel diagramma sotto è brevemente descritto come funziona lo SCAMBIO SUL POSTO con la rete (in pratica l energia viene scambiata con l ente gestore e non viene venduta). - Diagramma del flusso di energia per lo scambio sul posto Quindi: L energia che si produce con i pannelli FV passa attraverso un contatore del GSE che è quello che calcola esattamente quanta energia ( kwh chilowattora ) ha prodotto l impianto. Così si ottiene il più grosso guadagno grazie agli incentivi del Conto Energia (vedi tabelle 1-2-3). L energia prodotta viene quindi almeno in parte auto consumata dai carichi elettrici (computer, server e così via). 13

14 In questo caso ottieni un risparmio, visto che usi l energia gratuita dal sole per far funzionare i macchinari. L energia in esubero viene mandata alla rete elettrica che, attraverso un altro contatore, tiene memoria dell energia che gli hai mandato e te la restituisce quando ne hai bisogno. Quindi la rete elettrica nazionale funge da magazzino per l energia che produce il tuo sistema. Questo significa che anche questa energia immagazzinata diventa un risparmio per te. Infatti, quando il tuo impianto non produce nulla, puoi sempre usare gratis l energia elettrica che hai immagazzinato nella rete. Questa è una descrizione pratica e semplice di come funziona lo scambio sul posto, rimane ovvio che per ottenere un massimo guadagno non si deve avere un impianto fotovoltaico troppo grande rispetto al proprio fabbisogno energetico. VENDITA Negli impianti fotovoltaici in vendita l energia prodotta viene interamente ceduta alla rete, quindi oltre all incentivo del GSE sull energia prodotta viene corrisposta al soggetto responsabile dell impianto (intestatario del contatore) una somma che si può stimare all incirca in 0,11 per KWh/anno ceduti. 14

15 REALIZZAZIONE DELL IMPIANTO FOTOVOLTAICO DIMENSIONAMENTO E CONVENIENZA DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO Tralasciando l analisi tecnica e basandosi su dati concreti, seppur approssimativi, ognuno può stimare indicativamente la potenza installabile per un impianto fotovoltaico e la tipologia di contratto (scambio sul posto o cessione totale) più conveniente per le proprie esigenze. I dati principali da conoscere sono: La superficie di copertura disponibile con orientamento a Sud, Est ed Ovest La tipologia di copertura ovvero piana, a cupola o a falda/e e la finitura della stessa (eternit, fibrocemento, policarbonato ecc..) Il consumo annuo della propria attività in kwh. Si consideri che un impianto fotovoltaico realizzato su copertura e con materiali poli o mono cristallini occupa circa: 8 m2 per 1 Kwp installato (per coperture a falda) 20 m2 per 1 Kwp installato (per copertura piana o a cupolini) Inoltre se si vuole optare per lo scambio sul posto bisognerà incrociare questi dati con quelli del consumo ovvero a titolo esemplificativo: CALCOLO PER NORD ITALIA Consumo in bolletta/1100 = potenza dell impianto da realizzare per il proprio fabbisogno ESEMPIO 1 Poniamo i seguenti dati: consumo in bolletta = Kwh/anno Tetto disponibile (Sud, Est, Ovest) a falda = 350 m2 Potenza impianto necessaria per il proprio fabbisogno = /1.100 = 40 Kwp Per realizzare tale impianto avrei dunque bisogno di 40 Kwp x 8 m2/kwp = 320 m2 15

16 In questo caso avendo 350 m2 di copertura potrei realizzare l impianto da 40 Kwp che coprirebbe i miei consumi. ESEMPIO 2 Poniamo di avere gli stessi dati dell esempio 1, ma con una copertura disponibile di 1000 m2. Allora potrò realizzare l impianto di 40 Kwp in scambio ed inoltre avrei 680 m2 di copertura a falda residua che mi permetterebbe di realizzare un altro impianto in vendita di 680/8 = 85 Kwp (cessione totale). Naturalmente il presente paragrafo è a titolo esemplificativo; il corretto dimensionamento verrà redatto dai nostri tecnici in modo da consentirvi la migliore soluzione per le vostre esigenze. È il caso di specificare che lo stesso soggetto può realizzare sulla copertura disponibile (proprietà, diritto di superficie o altro titolo) anche due impianti di cui uno in scambio sul posto ed uno in cessione senza che le potenze vengano cumulate ai fini dell incentivazione. Diverso è se il soggetto realizza due impianti della stessa tipologia sulla stessa copertura o su coperture adiacenti, in questo caso ai fini del contributo il GSE lo considererà come un unico impianto di potenza complessiva. 16

17 PASSAGGI PER LA REALIZZAZIONE DELL IMPIANTO Per la realizzazione di un impianto fotovoltaico su copertura è necessario seguire la seguente procedura: Richiedere un preventivo di allaccio alla rete elettrica presso l ente gestore della rete elettrica di zona. Per fare ciò è necessario redigere un progetto dell impianto stesso. Attendere la risposta del preventivo (circa 30 gg.) e pagare quanto richiesto dall ente gestore. Predisporre la pratica amministrativa presso il Comune. Nominare un tecnico in qualità di coordinatore in fase di esecuzione secondo D.Lgs. 81/08 (se la tipologia dell opera lo richiede); ovvero responsabile della sicurezza presso il cantiere. Realizzare l impianto fotovoltaico ed i tratti di cavidotto fino al contatore (lato privato). Realizzare quanto richiesto nelle specifiche di connessione compresa eventuale cabina (se richiesta). Comunicare la fine lavori presso l ente gestore e attendere che quest ultimo allacci l impianto alla rete elettrica. (da questo momento verrà determinata la tariffa incentivante riconosciuta) Comunicare all UTF (se necessario) la realizzazione dell impianto. Richiedere al GSE il riconoscimento del contributo e il relativo contratto (scambio sul posto o cessione totale). Nel presente elenco bisognerà aggiungere eventualmente solo la procedura per lo smaltimento delle coperture in eternit, che dovrà essere svolta prima di manipolare il materiale stesso. Risulta quindi importante affidarsi a realtà che possano costantemente seguire le procedure descritte per ottimizzare i tempi e ricavare così il massimo guadagno dall impianto stesso. 17

18 Infatti seguendo le tabelle sopra riportate si evince l importanza di allacciare l impianto il prima possibile. LE PROPOSTE DELLA NOSTRA AZIENDA La nostra azienda SAN MARTINO COSTRUZIONI SRL è in grado di fornire al cliente un pacchetto chiavi in mano per la realizzazione di qualsiasi impianto fotovoltaico. Partendo da un analisi delle caratteristiche del sito di installazione e delle esigenze del richiedente siamo in grado di proporvi la soluzione tecnica ed economica migliore portando a termine tutta la progettazione e le lavorazioni necessarie all installazione dell impianto fotovoltaico. Le eventuali opere edili connesse alla realizzazione dell impianto quali rifacimento della copertura, smaltimento eternit e tutte le pratiche amministrative e comunali nonché eventuale predisposizione dei businness plan per gli enti finanziatori verranno interamente svolte dalla nostra azienda. Grazie alla nostra struttura siamo in grado di offrirvi qualsiasi tipo di prodotto e materiale (pannelli, inverter e quadri) secondo le vostre esigenze e quelle di progetto. Affidandovi a noi Il tempo di ritorno del vostro investimento, indipendentemente dal calo degli incentivi, risulterà compreso tra 6,5 anni (per soli impianti) e 8 anni (per impianti con rifacimento delle coperture). 18