SOLARE FOTOVOLTAICO. Impianto Solare Fotovoltaico: progettazione, tecnologie ed interventi assistiti dall uso del software

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1 SOLARE FOTOVOLTAICO Impianto Solare Fotovoltaico: progettazione, tecnologie ed interventi assistiti dall uso del software Relatore: Ing. Vittorio Caggiano - ACCA Software S.p.A.

2 SOLARIUS PV 8.00 Aggiornato al IV CONTO ENERGIA 2011 Lasciamo fare al caso o facciamo valere la nostra Professionalità? supporta e semplifica lo studio, l analisi e la progettazione di impianti fotovoltaici connessi alla rete elettrica di distribuzione (grid connected).

3 Progettazione Energia Solare L energia solare è tra le fonti energetiche, quella in maggiore abbondanza sulla Terra Disponibilità IL sole irradia sul nostro pianeta circa miliardi di TEP, contro un fabbisogno di 9 miliardi di TEP. L ITALIA il Paese de Sole è caratterizzato da una disponibilità della radiazione solare che, specie nelle regioni meridionali,raggiunge livelli davvero eccellenti, ottenendo con lo stesso dispositivo di conversione un 40 % in più rispetto al Nord Europa. L irraggiamento al suolo A causa dell atmosfera terrestre, parte della radiazione solare incidente sulla Terra viene nuovamente riflessa nello spazio, parte viene assorbita e parte viene diffusa.

4 Progettazione Il percorso del sole La quantità di energia solare disponibile sulla terra è molto variabile. Ciò non dipende soltanto dalla latitudine geografica ma anche dall ora e dal periodo dell anno in una determinata località Tra le componenti della radiazione solare non provenienti direttamente dal sole, occorre considerare anche la quota riflessa dall ambiente circostante [Albedo]

5 Progettazione L irradiazione sul piano orizzontale Il primo passo per la progettazione di un impianto fotovoltaico è la scelta del sito di installazione e l analisi della disponibilità della fonte solare. Il calcolo deve essere effettuato utilizzando dati relativi a valori giornalieri medi mensili della irradiazione solare sul piano orizzontale, riferendoci a fonti climatiche opportune. I dati solari a nostra disposizione, derivati dalla conoscenza di dati climatologici locali, sono limitati a: Capoluoghi di Provincia (UNI 10349:1994) Comuni (ENEA), e relativi al piano orizzontale. [UNI 10349:1994] Radiazioni sul piano orizzontale

6 Progettazione Località non comprese Per le località non comprese è possibile calcolare i dati climatici specifici tenendo conto della diversa localizzazione, rispetto a delle LOCALITA DI RIFERIMENTO scelte secondo il criterio della: - VICINANZA - VERSANTE GEOGRAFICO Superfici comunque esposte Metodologia di calcolo UNI 10349:1994 Metodologia di calcolo UNI :1985 Il calcolo della radiazione solare ricevuta dall impianto dovrà essere effettuata utilizzando i dati di progetto e determinando il valore della radiazione solare ricevuta dalla superficie (fissa comunque esposta ed orientata) del generatore fotovoltaico.

7 Progettazione Località personalizzate DEFINIZIONE DEI DATI CLIMATICI PERSONALIZZAZZIONE IMPORTAZIONE DA BANCA DATI PVGIS

8 L effetto fotovoltaico L effetto fotovoltaico consente di trasformare l'energia solare in energia elettrica in modo diretto. Per rendere possibile questa trasformazione occorrono dei semiconduttori come, il silicio, arsenurio di gallio,telluriuro di cadmio, etc. Principio di funzionamento Se si sovrappongono due strati di semiconduttore, opportunamente drogati di tipo N e P (Ottenendo una giunzione p-n), si genera un movimento di elettroni verso la zona P, che all equilibrio crea una situazione di non neutralità elettrica. Otteniamo in questo modo un campo elettrico di basa entità, ma molto stabile. Cella fotovoltaica fonte: CEI 82-25:2010 Quando una cella di silicio drogato viene esposta ai raggi solari, gli elettroni di valenza, assorbendo i fotoni, acquistano l energia necessaria per saltare nella banda di conduzione e migrare nella zona N : parallelamente, le lacune si muovono verso la zona p. Questo e detto fenomeno fotovoltaico

9 Tipologia di celle Celle in Silicio monocristallino - Processo di accrescimento di un unico cristallo - Struttura regolare del reticolo - Resa elettrica molto alta (14-18%) - Maggior costo Celle in Silicio amorfo Celle in Silicio policristallino - Processo di solidificazione di più cristalli - Struttura abbastanza regolare del reticolo - Resa elettrica mediamente alta (12-14%) - Costo medio - Processo di vaporizzazione su substrato - Struttura disordinata - Resa elettrica bassa (5-8%) - Minor costo

10 Impianti Connessi alla rete (grid-connected) Impianti connessi in rete (grid connected) Il sistema fotovoltaico è composto da un insieme di componenti elettrici, elettronici e meccanici in grado di captare e trasformare l energia solare in elettrica. Convertitori statici (Inverter) E un dispositivo elettronico in grado di trasformare l energia continua, prodotta dal generatore fotovoltaico, in energia alternata monofase o trifase per alimentare un carico utenza e/o per l immissione in rete.

11 I materiali fotovoltaici Il materiale più usato per produrre celle solari è il silicio. Il silicio a cristallo singolo o monocristallino. Per ottenere un modulo fotovoltaico generalmente si collega la singola cella, la cui potenza è molto basa,in serie ad altre celle tramite saldatura dei contatti metallici. Un modulo standard tipicamente è composto da 36 celle o 72 celle. I moduli standard sono realizzati con lo scopo di massimizzare l energia raccolta per unità di superficie al minor costo possibile. fonte: CEI 82-25:2010

12 Dispositivi a Concentrazione Il modulo o dispositivo a concentrazione è basato su un sistema ottico che provvede alla raccolta, collimazione e/o filtraggio o focheggiamento della radiazione solare su uno o più unità di conversione di energia. fonte: CEI 82-25:2010 L intero sistema è composto da una o più celle a concentrazione e da un ottica secondaria (se presente) che accetta la luce solare concentrata e include i mezzi di trasferimento termico ed elettrico. Un ricevitore può essere costituito da diversi sottoricevitori. Il sottoricevitore è una parte più piccola, fisicamente autonoma,del ricevitore a grandezza reale.

13 Caratteristiche elettriche Circuito elettrico Curva caratteristica Legge di Ohm A R V ISC IMP VMP x IMP V = R x I Legenda: A = Amperometro; V = Voltmetro; R = Resistenza Corrente di cortocircuito: ISC VMP VOC Tensione di circuito aperto: VOC A V A V

14 Caratteristiche elettriche Valori caratteristici (base) Reperibili dalle schede tecniche dei produttori. Tensione del modulo:vmp Corrente del modulo: Potenza del modulo: IMP IMP VMP x Curva caratteristica IS C IM P VMP x IMP Legge di Ohm V = R x I Standard Test Condition (STC): Irraggiamento: 1000 W/m 2 ; Temperatura: 25 C; Massa d aria: AM 1,5. VMP VOC Variabilità con la temperatura Coefficiente di Variazione Corrente: Coefficiente di Variazione Tensione: Coefficiente di Variazione Energia: α (ISC) β (VOC) γ (WP)

15 Collegamento Serie - Parallelo Collegamento in serie I Aumento della Tensione 1 Modulo 2 Moduli 4 Moduli V Collegamento in parallelo I 4 Moduli Aumento della Corrente 2 Moduli 1 Modulo V

16 Parametri elettrici Modulo Fotovoltaico Modulo PV Potenza di Picco WP Massima Tensione DC VMAX Campo Fotovolatico Campo PV Potenza di Picco WP Tensione di lavoro V Tensione massima a vuoto VMAX Corrente di lavoro I Inverter PV Inverter Fotovoltaico Potenza di Picco WP Tensione minima MPPT VMIN, MPPT Tensione massima MPPT VMAX, MPPT Corrente massima DC IMAX

17 COMPATIBILITÀ ELETTRICA DC/AC

18 NOVITA DECRETO LEGISLATIVO 3 MARZO 2011 N. 28 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 Entrato in vigore il 29 marzo 2011 G.U. n.71 del 28 marzo 2011

19 PRINCIPALI NOVITA INTRODOTTE Il Decreto si inserisce nel quadro della politica energetica europea nuove tabelle di marcia. Che dovrebbero condurre la Comunità Europea a raggiungere, nel 2020, l obbiettivo chiave globale attraverso l azione combinata della riduzione del 20 % delle emissioni di GAS a effetto serra e dell aumento al 20 % del risparmio energetico e al 20 % del consumo di fonti rinnovabili. Scenario ITALIANO Il Decreto mira a ridurre la dipendenza dalle fonti combustibili fossili e le emissioni di CO2, nel rispetto delle direttive comunitarie che impongono all'italia l'obbligo di raggiungimento degli obiettivi del 17% di energia prodotta da fonti rinnovabili entro il 2020.

20 PRINCIPALI NOVITA INTRODOTTE Moduli collocati a terra in aree agricole Per gli impianti solari fotovoltaici con moduli collocati a terra in aree agricole, l accesso agli incentivi statali è consentito a condizione che la potenza nominale di ciascun impianto: non sia superiore a 1 MW gli impianti siano collocati ad una distanza non inferiore a 2 km nel caso di terreni appartenenti allo stesso proprietario non sia destinato all installazione degli impianti più del 10% della superficie totale del terreno. Tali limiti non si applicano ai terreni abbandonati da oltre 5 anni e agli impianti solari fotovoltaici con moduli collocati a terra in aree agricole che hanno conseguito il titolo abilitativo entro la data di entrata in vigore del presente decreto o per i quali sia stata presentata richiesta per il conseguimento del titolo entro il primo gennaio 2011, con obbligo di messa in esercizio dell impianto entro un anno dalla data di entrata in vigore del presente decreto.

21 PRINCIPALI NOVITA INTRODOTTE Edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti Gli impianti di produzione di energia termica devono essere progettati in modo da garantire la copertura attraverso fonti rinnovabili del 50% dei consumi previsti per la solo acqua calda sanitaria e della somma dei consumi previsti per acqua calda sanitaria, riscaldamento e raffrescamento, secondo le seguenti percentuali: il 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013; il 35% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal primo gennaio 2014 al 31 dicembre 2016; il 50% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è rilasciato dal primo gennaio Nei centri storici le percentuali sono ridotte del 50%.

22 PRINCIPALI NOVITA INTRODOTTE Promozione dell utilizzo del biometano Al fine di favorire l utilizzo del metano nei trasporti, le Regioni predisporranno semplificazioni circa le procedure di autorizzazione alla realizzazione di nuovi impianti di distribuzione e di adeguamento di quelli esistenti. Inoltre, gli impianti di distribuzione di metano e le condotte di allacciamento sono dichiarati opere di pubblica utilità e rivestono carattere di indifferibilità e di urgenza. Bonus edifici virtuosi I progetti di edifici di nuova costruzione e di ristrutturazione che assicurino una copertura dei consumi di calore, di elettricità e per il raffrescamento in misura superiore di almeno il 30 per cento rispetto ai valori minimi obbligatori indicati nell'allegato 3, beneficiano di un bonus volumetrico del 5%.

23 PRINCIPALI NOVITA INTRODOTTE Certificazione energetica degli edifici Qualifica per gli installatori Truffe Incentivazione Il rispetto del art.10 del D.lgs 28 del 2011

24 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011

25 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011 Incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare Pubblicazione su Gazzetta Ufficiale N. 109 del 12/05/2011 Taglio degli incentivi per gli impianti che entreranno in funzione a partire dal 2011 (riduzione incentivi più contenuta per gli impianti di piccola taglia e via via crescente per quelli di taglia maggiore)

26 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011 TITOLO 1 - DISPOSIZIONI COMUNI TITOLO 2 - IMPIANTI SOLARI FOTOVOLTAICI TITOLO 3 - IMPIANTI FOTOVOLTAICI INTEGRATI CON CARATTERISTICHE INNOVATIVE TITOLO 4 - IMPIANTI A CONCENTRAZIONE TITOLO 5 - DISPOSIZIONI FINALI ALLEGATO 1 Certificazioni e componenti ALLEGATO 2 - Modalità di posizionamento dei moduli sugli edifici ai fini dell accesso alla corrispondente tariffa ALLEGATO 3 - Modalità di Richiesta di Iscrizione al registro di certificazione di fine lavori ALLEGATO 4 - Caratteristiche e modalità di installazione per l accesso al premio per applicazioni innovative finalizzate all integrazione architettonica

27 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011 Possono beneficiare delle tariffe incentivanti gli stessi soggetti previsti dal Vecchio Conto Energia 2007: Persone fisiche Persone giuridiche Soggetti pubblici Condomini di unità immobiliari o di edifici Possono beneficiare delle tariffe incentivanti gli impianti che entrano in funzione dopo il 1 giugno 2011 e: 1. di potenza nominale 1kW 2. realizzati con componenti di nuova costruzione e comunque non già impiegati in altri impianti 3. collegati alla rete elettrica in modo tale che ogni singolo impianto fotovoltaico abbia un unico punto di connessione alla rete, non condiviso con altri impianti

28 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011 LA TARIFFA INCENTIVANTE BASE È DETERMINATA IN BASE ALL ALLEGATO 5, DEL D.M. 05 MAGGIO 2011 IMPIANTI DI CUI AL TITOLO II IMPIANTI DI CUI AL TITOLO III IMPIANTI DI CUI AL TITOLO IV LE TIPOLOGIE DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI OGGI PRESENTI NEL IV CONTO ENERGIA Impianti realizzati su Edifici - Titolo II Impianti (pergole,serre,tettoie, ) - Titolo II Impianti con caratteristiche innovative titolo III Impianti a concentrazione Titolo IV Altri impianti Titolo II

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30 Tipologie di Impianti IV Conto Energia 2011 IMPIANTI FOTOVOLTAICI SUGLI EDIFICI Ai fini dell applicabilità della tariffa incentivante competente agli impianti fotovoltaici realizzati sugli edifici si adotta la definizione di edificio contenuta nel DPR 26/08/1993 n. 412 e successive modificazioni.

31 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011 IMPIANTI FOTOVOLTAICI TITOLO II Gli impianti i cui moduli costituiscono elementi costruttivi di pergole, serre,barriere acustiche,tettoie e pensiline hanno diritto a una tariffa pari alla media aritmetica fra la tariffa spettante per impianti fotovoltaici realizzati su edifici e la tariffa spettante per altri impianti fotovoltaici

32 Requisiti minimi per Beneficiare delle tariffe incentivanti [Allegato 5] Moduli sviluppati specificatamente per integrarsi e sostituire elementi architettonici : 1 kw < P n < 5 MW Conformità moduli silicio cristallino - CEI EN Conformità moduli film sottili - CEI EN Componenti che rispondo ai dell allegato 4 Componenti di nuova costruzione Collegati alla rete elettrica, ed ogni singolo impianto caratterizzato da un unico punto di connessione, non condiviso con altri impianti Per questa categoria i soggetti responsabili possono essere esclusivamente persone giuridiche o soggetti pubblici.

33 Tipologie di Impianti IV Conto Energia 2011 Impianti fotovoltaici Altri Impianti Struttura Fissa, mobile ad un asse orizzontale, ad un asse verticale e a due assi

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37 NOVITA MODALITA POSIZIONAMENTO MODULI MODULI FOTOVOLTAICI INSTALLATI SU TETTI PIANI O SU COPERTURE CON PENDENZE < A 5 Con balaustra: h media moduli < h min balaustra Senza balaustra: h media moduli < 30 cm h

38 NOVITA MODALITA POSIZIONAMENTO MODULI NOVITA SULLE MODALITA DI POSIZIONAMENTO DEI MODULI SUGLI EDIFICI MODULI FOTOVOLTAICI INSTALLATI SU TETTI A FALDA I moduli devono essere installati in modo complanare alla superficie del tetto con o senza sostituzione della medesima superficie MODULI FOTOVOLTAICI INSTALLATI SU COPERTURE NON A FALDA o CON PENDENZE>5 I moduli devono essere installati in modo complanare al piano tangente con tolleranza di ± 10

39 IV CONTO ENERGIA 2011 Decreto 5 maggio 2011

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41 Caso Studio Impianto 5.4 kw Comune di Trani Realizzazione di impianto fotovoltaico posizionato su Edifico nel Comune di Trani Impianto realizzato(*) Settembre 2011 (*) Data entrata in esercizio di un impianto fotovoltaico Prima data utile a decorrere dalla quale sono verificate tutte le seguenti condizioni : Impianto è collegato in parallelo con il sistema elettrico Risultano installati tutti i contatori necessari per la contabilizzazione dell energia prodotta e scambiata o ceduta con la rete Risultano non assolti tutti gli eventuali obblighi relativi alla regolazione dell accesso alle reti Risultano assolti gli obblighi previsti dalla normativa fiscale in materia di produzione di energia elettrica

42 Caso Studio Economico Impianto 5.4 kw Comune di Trani Si è valutato il caso pratico di una famiglia con un consumo elettrico annuo di circa 6200 kwh La tariffa di acquisto è D2 Bioraria Transitoria 2011 L impianto andrà in regime di SCAMBIO SUL POSTO (*) (*) Scambio sul posto Servizio erogato dal GSE atto a consentire la compensazione tra il valore associabile all energia elettrica prodotta e immessa in rete in rete e il valore associabile all energia elettrica prelevata e consumata in un periodo differente da quello in cui avviene la produzione.

43 Caso Studio Economico Impianto 5.4 kw Comune di Trani Dettagli consumi dispositivi elettrici Una corretta valorizzazione dell energia elettrica consumata permetterà di ottimizzare la potenza dell impianto in regime di scambio sul posto, quindi il contributo in conto scambio.

44 Caso Studio Economico Impianto 5.4 kw Comune di Trani

45 Caso Studio Economico Impianto 5.4 kw Comune di Trani

46 Caso Studio Economico Impianto 5.4 kw Comune di Tr ani Se si deve scegliere fra due tipologie di investimento alternative, occorre effettuarne una valutazione per individuare quella più conveniente. L analisi di un investimento consiste nella determinazione di due parametri : VAN (Valore Attuale Netto) TIR (Tasso Interno di Rendimento) SI SCEGLIERÀ QUELL INVESTIMENTO CHE PRESENTA VAN E TIR MAGGIORI

47 Caso Studio Economico Impianto 5.4 kw Comune di Trani VAN (Valore Attuale Netto) Il VAN misura la differenza tra due entrate e le uscite di cassa, derivanti dall investimento, attualizzate ad un certo tasso. Se il VAN è positivo, l investimento potrà essere giudicato FATTIBILE, dal momento che la redditività connessa alla proposta di investimento risulterà superiore al tasso opportunità. Se il VAN è negativo, l investimento, sotto l aspetto strettamente finanziario, NON PUÒ ESSERE ACCETTATO poiché i flussi di recupero previsti non coprono i flussi investiti.

48 Caso Studio Economico Impianto 5.2 kw Comune di Trani VAN (Valore Attuale Netto) Il criterio del VAN costituisce il più significativo parametro per la valutazione di un progetto di investimento in quanto considera compiutamente i tre elementi base di un giudizio corretto di convenienza economica: I flussi di cassa incrementali attesi La loro distribuzione temporale Rischio

49 Caso Studio Economico Impianto 5.2 kw Comune di Trani TIR (Tasso Interno di Rendimento) Tale strumento di valutazione ha come obiettivo la determinazione del tasso dell investimento espressivo del rendimento lordo del capitale investito, ed è definito appunto tasso di rendimento interno o implicito. Il TIR è, in definitiva, individuabile come quel tasso che rende il VAN uguale a zero.

50 Caso Studio Economico Impianto 5.2 kw Comune di Trani TIR (Tasso Interno di Rendimento) Permette di ricercare quel tasso che attualizzando le entrate e le uscite rende nullo il VAN. Dall applicazione del metodo. Generalmente, si ottengono equazioni in cui non è possibile esplicitare direttamente la variabile incognita TIR, per cui è necessario ricorrere ad algoritmi di calcolo di tipo iterativo, avvalendosi dell ausilio di specifici Software (Nel Nostro Caso Solarius PV). Conclusione L accettazione dell ipotesi a base dell applicazione dei suddetti metodi implica che il criterio utilizzato, sia esso il VAN o il TIR o un altro indicatore, condurrà ad un risultato sempre oggettivo.

51 Il documento fornisce un quadro di riferimento delle principali caratteristiche degli impianti solari fotovoltaici in esercizio in Italia a fine 2010 e della loro diffusione sul territorio nazionale. Ad oggi non sono ancora in esercizio impianti solari termodinamici.

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