Impianti fotovoltaici

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1 Impianti fotovoltaici Prof. Arch. Gianfranco Cellai Corso Fondazione Architetti di Firenze

2 Gli obblighi di legge A decorrere dal 1 gennaio 2009, nel regolamento edilizio, ai fini del rilascio del permesso di costruire, deve essere prevista, per gli edifici di nuova costruzione, l'installazione di impianti per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, in modo tale da garantire una produzione energetica non inferiore a 1 kw per ciascuna unità abitativa, compatibilmente con la realizzabilità tecnica dell'intervento. Per i fabbricati industriali, di estensione superficiale non inferiore a 100 metri quadrati, la produzione energetica minima è di 5 kw.

3 Definizioni: art. 2 DM b1) impianto fotovoltaico non integrato con installazione diversa da quella dei punti b2 e b3; b2) impianto fotovoltaico parzialmente integrato Moduli fotovoltaici installati su tetti coperture, facciate, balaustre o parapetti di edifici e fabbricati in modo complanare alla superficie di appoggio senza la sostituzione dei materiali che costituiscono le superfici d'appoggio stesse; b3) impianto fotovoltaico con integrazione architettonica èl'impianto fotovoltaico i cui moduli sono integrati, con la sostituzione dei materiali che costituiscono le superfici d'appoggio stesse secondo le tipologie elencate in allegato 3, in elementi di arredo urbano e viario, superfici esterne degli involucri di edifici, fabbricati, strutture edilizie di qualsiasi funzione e destinazione.

4 Esempio di impianto integrato I pannelli fotovoltaici costituiscono il manto di copertura

5 L integrazione in vetri stratificati Recentemente si utilizza per la costruzione dei Moduli Fotovoltaici un tipo speciale di PVB (polivinilbutirrale) nato per i vetri stratificati e modificato appositamente per il solare, al quale si applicano celle in silicio mono e policristallino sia film sottile in silicio amorfo.

6 Esempio di impianto parzialmente integrato I pannelli fotovoltaici sono appoggiati complanari al manto di copertura

7 Esempio di impianto non integrato

8 Che differenza c è tra un impianto fotovoltaico ed un impianto solare termico? Entrambe le tipologie d impianto utilizzano il sole come fonte energetica, catturandone la radiazione attraverso superfici captanti: -i moduli fotovoltaici trasformano direttamente la radiazione solare in energia elettrica; - i pannelli solari termici utilizzano l energia termica del sole per riscaldare l acqua da utilizzare per uso igienico sanitario o per il riscaldamento degli ambienti.

9 Com è fatto un impianto fotovoltaico? Esso è composto essenzialmente da: - moduli o pannelli fotovoltaici; - inverter, che trasforma la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata; - quadri elettrici e cavi di collegamento. I moduli sono costituiti da celle in materiale semiconduttore, il più utilizzato dei quali è il silicio cristallino. Gli impianti fotovoltaici possono essere connessi alla rete elettrica di distribuzione (grid-connected) o direttamente a utenze isolate (stand-alone), tipicamente per assicurare la disponibilità di energia elettrica in zone isolate. In tal caso è indispensabile l accumulo in batterie.

10 Schema dell effetto fotoelettrico La cella converte la radiazione solare in corrente elettrica. Alla temperatura di 25 C può fornire una corrente di 3A, con una tensione di 0,5V e una potenza pari a 1,5-1,7Wp (rad.incidente pari a circa 1kW/m²) E costituita da una sottile fetta di un materiale semiconduttore, dello spessore di circa 0,3 mm. Può essere rotonda o quadrata e può avere una superficie compresa tra i 100 e i 225cm 2. Il silicio viene drogato mediante l inserimento su una faccia di atomi di boro (drogaggio p) e sull altra faccia con piccole quantità di fosforo (drogaggio n). Nella zona di contatto tra i due strati a diverso drogaggio si determina un campo elettrico quando la cella è esposta alla luce.

11 Modalità di realizzazione In commercio troviamo i moduli fotovoltaici che sono costituiti da un insieme di celle. I più diffusi sono costituiti da 36 celle disposte su 4 file parallele collegate in serie. Hanno superfici che variano da 0,5 a 1m 2. Più moduli collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura comune ancorabile al suolo o ad un edificio. Più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa. Più stringhe, collegate generalmente in parallelo per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico.

12 Il generatore fotovoltaico Non ci sono praticamente limiti alla produzione di potenza, perché il collegamento in parallelo di stringhe, consente di ottenere potenze elettriche di qualunque valore.

13 Schema di impianto fotovoltaico grid connected Contatore che misura l energia prodotta dal fotovoltaico Contatore che misura l energia prodotta dal fotovoltaico e immessa in rete

14 Esempi di inserimento su edifici esistenti

15 A quale energia viene riconosciuto l incentivo? L elettricità che viene remunerata con le nuove tariffe incentivanti è quella prodotta dall impianto, misurata dal contatore [3] posto all uscita del gruppo di conversione della corrente continua in corrente alternata, ivi incluso l eventuale trasformatore, prima che essa sia resa disponibile alle utenze elettriche del soggetto responsabile e/o immessa nella rete elettrica.

16 Quali sono i vantaggi della tecnologia fotovoltaica? I vantaggi possono riassumersi in: assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante; risparmio di combustibili fossili; affidabilità degli impianti poiché non esistono parti in movimento; costi di esercizio e manutenzione ridotti al minimo; modularità del sistema (per aumentare la potenza dell impianto è sufficiente aumentare il numero dei moduli). Peraltro è da tener presente che l impianto fotovoltaico è caratterizzato da un elevato costo iniziale (dovuto essenzialmente all elevato costo dei moduli) e da una produzione discontinua a causa della variabilità della fonte energetica (il sole).

17 Cosa si intende per potenza nominale dell impianto fotovoltaico? La potenza nominale (o massima, o di picco, o di targa) dell'impianto fotovoltaico è la potenza elettrica dell'impianto determinata dalla somma delle singole potenze nominali di ciascun modulo fotovoltaico facente parte del medesimo impianto, misurate alle condizioni standard (temperatura pari a 25 C e radiazione pari a W/m²).

18 Dove può essere installato un impianto fotovoltaico e dimensioni? I moduli fotovoltaici possono essere collocati su qualsiasi pertinenza di un immobile (tetto, facciata, terrazzo, ecc ) o sul terreno. La decisione deve essere presa in base all esistenza sul sito d installazione dei seguenti requisiti: disponibilità di spazio necessario per installare i moduli; corretta esposizione ed inclinazione della superficie dei moduli. Le condizioni ottimali in l Italia sono: esposizione SUD (accettabile anche SUD-EST, SUD-OVEST, con ridotta perdita di produzione per scostamenti di ); inclinazione dei moduli compresa fra 25 (latitudini più meridionali) e 35 (latitudini più settentrionali); eventualmente anche in verticale; assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento. Facendo riferimento soprattutto alle piccole applicazioni (tetti fotovoltaici) e a moduli di silicio mono e policristallino, un valore indicativo di occupazione di superficie è rispettivamente di circa 8-10 m² per 1 kw di potenza nominale installata.

19 Quanta elettricità produce un impianto fotovoltaico? La produzione elettrica annua di un impianto fotovoltaico dipende da : radiazione solare incidente sul sito d installazione; orientamento ed inclinazione della superficie dei moduli; assenza/presenza di ombreggiamenti; prestazioni tecniche dei componenti dell impianto (moduli, inverter ed altre apparecchiature). valutata l effettiva energia a disposizione in funzione dell esposizione ed inclinazione del campo fotovoltaico, si determina la producibilità annua sulla base del rendimento dell impianto impianto.

20 Valutazioni empiriche Prendendo come riferimento un impianto da 1 kw di potenza nominale, con orientamento ed inclinazione ottimali ed assenza di ombreggiamento, non dotato di dispositivo di inseguimento del sole, in Italia è possibile stimare le seguenti producibilità annue massime: regioni settentrionali kwh/anno regioni centrali kwh/anno regioni meridionali kwh/anno E opportuno sottolineare che il consumo annuo elettrico medio di una famiglia italiana è pari a circa kwh, quindi occorrerebbero teoricamente da 20 a 30 m² di pannelli per coprire l intero fabbisogno. Sul sito re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/countries/europe/g13y_it.png è riportata la mappa della radiazione solare annuale sul territorio Italiano.

21 Quanto costa un impianto fotovoltaico, a quanto ammontano i costi di manutenzione e quanto dura? Valori orientativi di costo dell'impianto vanno da /kwp per gli impianti di piccola taglia a poco meno di /kwp per impianti di grosse dimensioni. Il costo annuo di manutenzione è abbastanza contenuto: normalmente è stimato in circa l'1 1.5% del costo dell'impianto. Nelle analisi tecniche ed economiche si usa fare riferimento ad una vita utile complessiva di anni. In particolare, i moduli, che rappresentano i componenti economicamente più rilevanti, hanno in generale una durata di vita garantita dai produttori oltre i 20 anni.

22 A quanto ammontano le tariffe incentivanti e a chi si inoltra domanda di connessione? Le tariffe, che rimangono costanti in termini di moneta corrente per la durata del periodo di incentivazione pari a 20 anni, sono differenziate in base alla taglia degli impianti ed al grado di integrazione architettonica: Le informazioni per la domanda di connessione e scambio possono essere reperite al seguente indirizzo web: o/efficienza/fotovoltaico/connessione/

23 Chi può beneficiare dell incentivazione? Possono beneficiare dell incentivazione: le persone fisiche; le persone giuridiche; i soggetti pubblici; i condomini di unità abitative e/o di edifici; che siano soggetti responsabili di impianti fotovoltaici e che non beneficino e non abbiano beneficiato delle tariffe incentivanti introdotte dai decreti interministeriali 28 luglio 2005 e 6 febbraio 2006.

24 Meccanismi incentivanti: conto energia Con l espressione conto energia viene indicato un meccanismo di incentivazione che remunera l energia elettrica prodotta da un impianto per un certo numero di anni. L incentivo viene erogato dal Gestore dei Servizi Elettrici GSE S.p.a.. I valori delle tariffe incentivanti individuati dai decreti ministeriali sono pubblicati sul sito L incentivazione è erogata per 20 anni. Al termine del periodo ventennale non si interrompono i benefici derivanti da: scambio sul posto dell elettricità per gli impianti di potenza non superiore a 20 kw che abbiano optato per tale disciplina; remunerazione dell elettricità consegnata alla rete per tutti gli impianti di potenza ad eccezione di quelli di potenza fino a 20 kw che abbiano optato per il servizio di scambio sul posto.

25 Conto energia: nuovi chiarimenti dell'agenzia delle Entrate Anche in caso di scelta del servizio di scambio sul posto vanno erogati gli incentivi del conto energia. Lo chiarisce una volta per tutte l'agenzia delle Entrate con la Circolare n. 66 del 6 dicembre 2007, in merito agli impianti fotovoltaici, correggendo la circolare 19 luglio 2007 n.46 e specificando che il decreto ministeriale 19 febbraio 2007 con cui è stato modificato il precedente decreto ministeriale 28 luglio 2005, "non prevede un trattamento differenziato per i soggetti che si avvalgono dello scambio sul posto e riconosce anche a questi ultimi, la tariffa incentivante su tutta l energia elettrica prodotta dall impianto fotovoltaico, indipendentemente dal fatto che sia auto-consumata o immessa in rete".

26 Usufruendo delle tariffe del "conto energia", in quanto tempo si recupera il capitale investito? Si può stimare un tempo di ritorno del capitale investito compreso tra 8 e 12 anni. Tuttavia bisogna tener conto che esso dipende da diverse variabili, quali ad esempio: la radiazione solare disponibile; il costo per kw dell'investimento (dipendente dalla taglia dell'impianto), valore delle tariffe incentivanti e valore dell'energia utilizzata, la tipologia di integrazione architettonica.

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28 Cos è il servizio di scambio sul posto? Tale servizio consiste nell'operare un saldo annuo tra l'energia elettrica immessa in rete dall'impianto medesimo e l'energia elettrica prelevata dalla rete dall'utenza connessa a tale impianto (Delibera AEEG 28/06). È possibile avvalersi dello scambio sul posto solo se il punto di immissione e di prelievo dell'energia elettrica scambiata con la rete coincidono. Possono richiedere di usufruire del servizio di scambio sul posto i soggetti responsabili che hanno la disponibilità di impianti alimentati da fonti rinnovabili di potenza nominale non superiore a 20 kw.

29 E possibile cedere il surplus dell energia fotovoltaica prodotta? Per gli impianti incentivati collegati alla rete l energia in eccesso rispetto ai consumi può: essere immessa in rete e prelevata successivamente per 3 anni quando la produzione è inferiore ai consumi (impianti non superiori a 20 kw che scelgono il servizio di scambio sul posto); essere venduta al gestore di rete (impianti che scelgono cessione in rete). Ciò è possibile con le limitazioni descritte di seguito.

30 Impianto che produce in eccesso rispetto ai propri consumi E bene distinguere due casi: impianti fino a 20 kw che usufruiscono del servizio di scambio sul posto, l energia elettrica immessa in rete e non consumata nell anno di riferimento costituisce un credito energetico, che può essere utilizzato nel corso dei tre anni successivi a quello in cui matura. Al termine dei tre anni successivi, l eventuale credito residuo viene annullato; per impianti > a 20 kw e per quelli di potenza fino a 20 kw che non accedono al servizio di scambio sul posto, è possibile cedere in rete, vendendola, l energia non consumata in loco.

31 Avvertenze Le strutture di supporto devono essere realizzate in modo da durare almeno quanto l impianto, cioè anni, e devono essere montate in modo da permettere un facile accesso ai moduli per la sostituzione e la pulizia, e alle scatole di giunzione elettrica, per l ispezione e la manutenzione. I generatori fotovoltaici collocati sui tetti e sulle coperture non devono interferire con la impermeabilizzazione e la coibentazione delle superfici e in alcuni casi possono richiedere la creazione di passerelle fisse o mobili. Per i generatori sui quali la pressione del vento può raggiungere valori elevati, fra i moduli è necessario interporre uno spazio vuoto, da un minimo di 5mm fino a 5cm. Poiché all aumentare della temperatura diminuisce l efficienza, in caso di montaggio dei moduli su tetti o su facciate, è indispensabile che fra i moduli e la superficie rimanga uno spazio (4-6 cm) tale da assicurare una buona circolazione d aria e quindi un buon raffreddamento della superficie del modulo.

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