L'energia e l'ambiente

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1 - L'energia e l'ambiente Oggi oltre l 80% dell energia utilizzata nel mondo viene prodotta bruciando combustibili fossili, quali petrolio, carbone e metano. E ormai accertato che proprio negli impianti in cui si utilizzano combustibili fossili si generano quei gas inquinanti che, una volta immessi nell atmosfera danneggiano l ambiente. Le fonti energetiche nel mondo Diff. Petrolio 38% Carbone 24% Gas 20% Nucleare 6% Idraulica 2% Biomassa (legno ecc.) 8% Nuove rinnovabili (eolico, 2% solare, ecc.) Negli ultimi anni molto è stato fatto, anche a livello politico, per fronteggiare i diversi problemi ambientali: dall impegno a perseguire un modello di sviluppo sostenibile alla ricerca degli strumenti più adeguati per conciliare la crescente domanda di energia, e quindi il crescente consumo di combustibili fossili, con la salvaguardia dell ambiente. 1 / 11

2 Uno degli strumenti individuati per realizzare questo obiettivo è l uso piu esteso delle fonti rinnovabili di energia, in quanto sono in grado di garantire un impatto ambientale piu contenuto di quello prodotto dalle fonti fossili. Tra le fonti rinnovabili, l impiego dell energia solare per la produzione di energia elettrica è ormai una realtà consolidata, e rappresenta un caso di successo tra le nuove fonti rinnovabili. Le fonti rinnovabili di energia sono quelle fonti che, a differenza dei combustibili fossili nucleari destinati ad esaurirsi in un tempo definito, possono essere considerate inesauribili. Sono fonti rinnovabili di energia, l energia solare e quelle che da essa derivano: l energia idraulica, del vento, delle biomasse, delle onde e delle correnti, ma anche l energia geotermica, l energia dissipata sulle coste dalle maree e i rifiuti industriali e urbani. Con opportune tecnologie è possibile convertire queste fonti in energia termica, elettrica, meccanica o chimica. Le fonti rinnovabili di energia possiedono due caratteristiche fondamentali che rendono auspicabile un loro maggior impiego. La prima consiste nel fatto che esse rinnovano la loro disponibilità in tempi estremamente brevi: si va dalla disponibilità continua nel caso dell uso dell energia solare, ad alcuni anni nel caso delle biomasse. L altra è che, a differenza dei combustibili fossili, il loro utilizzo produce un inquinamento ambientale del tutto trascurabile. In particolare i sistemi fotovoltaici non causano alcuna emissione durante il loro uso. I benefici ambientali ottenibili da essi sono proporzionali alla quantità di energia prodotta, supponendo che questa vada a sostituire dell energia altrimenti fornita da fonti convenzionali. Per produrre un chilowattora vengono bruciati mediamente l equivalente di 2,56 kwh sotto forma di combustibili fossili e di conseguenza emessi nell aria circa 0,53 kg di anidride carbonica (fattore di emissione del mix elettrico alla distribuzione) e una lunga lista di inquinanti minori. Si può dire quindi che ogni kwh prodotto dal sistema fotovoltaico evita l emissione di 0,53 kg di anidride carbonica e di altri inquinanti minori. - L'impianto fotovoltaico e l'integrazione architettonica La cella fotovoltaica La cella fotovoltaica è un dispositivo che trasforma direttamente l energia solare in energia elettrica e rappresenta, oggi, l elemento tecnologico di base di una promettente fonte di energia sicura, pulita e silenziosa per il nostro futuro. Quando la cella è soggetta ad una radiazione solare, di sufficiente energia, si generano, per effetto fotovoltaico aggiunto, delle cariche elettriche e, se i due strati della cella sono collegati a 2 / 11

3 d un utilizzatore, si ha un flusso di elettroni sotto forma di corrente elettrica continua. Il generatore fotovoltaico Poiché la singola cella fornisce un valore basso di tensione e di corrente è necessario collegarne un certo numero, in moduli, per ottenere le tensioni richieste per l utilizzo da parte delle normali apparecchiature elettriche. Più moduli collegati in serie o in parallelo formano un pannello, ovvero una struttura rigida ancorabile al suolo o ad un edificio. Un insieme di pannelli, collegati elettricamente in serie in modo da fornire la tensione richiesta, costituisce una stringa. Più stringhe collegate, generalmente in parallelo, per fornire la potenza richiesta, costituiscono il cosiddetto generatore fotovoltaico. Un componente accessorio di moduli e pannelli è rappresentato dalla struttura di sostegno.essa, orientata lungo l asse Est-Ovest, deve essere progettata in modo da rispondere a esigenze di basso costo ed alta affidabilità che ne garantiscano la durata nel tempo. L'impian to fotovoltaico Gli impianti fotovoltaici sono, fondamentalmente, classificabili in: - Isolati (stand-alone), nei quali l energia prodotta alimenta direttamente un carico elettrico e, per la parte in eccedenza, viene generalmente accumulata in apposite batterie di accumulatori, che la renderanno disponibile all utenza nelle ore in cui manca l insolazione; - Connessi ad una rete elettrica di distribuzione (grid-connected), nei quali l energia viene convertita in corrente elettrica alternata per alimentare il carico-utente e/o immessa nella rete, con la quale l impianto lavora in regime di interscambio. Un impianto fotovoltaico è costituito da un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che captano l energia solare, la trasformano in energia elettrica, sino a renderla disponibile all utenza. Esso sarà quindi costituito dal generatore, di cui si è già detto, da un sistema di controllo e condizionamento della potenza e, per gli impianti isolati, da un sistema di accumulo. 3 / 11

4 La quantità di energia prodotta da un impianto fotovoltaico varia nel corso dell anno, in funzione del soleggiamento della località e della latitudine della stessa,. Per ciascuna applicazione si dovrà dimensionare il generatore sulla base dei seguenti aspetti progettuali; carico elettrico, potenza di picco, possibilità o meno di collegamento alla rete, latitudine del sito e suo soleggiamento medio, specifiche architettoniche dell edificio ospitante (se è il caso), specifiche elettriche del carico utilizzatore, ecc. Il rendimento complessivo di conversione di un impianto sarà dato dal prodotto dei rendimenti dei diversi componenti dell impianto e consente di ricavare la percentuale di energia incidente che è possibile trovare all uscita dell impianto, sotto forma di energia elettrica, resa al carico utilizzatore. Il generatore fotovoltaico, a causa della variazione dell energia radiante, è caratterizzato da una variazione di tensione e di corrente che mal si adatta alle specifiche dell utenza, che spesso richiede corrente in alternata, per alimentare direttamente il carico o per il collegamento alla rete elettrica di distribuzione, nonché un valore costante per la tensione in uscita dal generatore. Nei sistemi fotovoltaici il generatore è quindi collegato, a seconda dei casi, alla batteria, agli apparecchi utilizzatori o alla rete, tramite un sistema di controllo e condizionamento della potenza, costituito da uno o più dei seguenti dispositivi: - Regolatore di carica delle batterie: preserva gli accumulatori da un accesso di carica ad opera del generatore e da un accesso di scarica dovuto alla utilizzazione. - Convertitore CC/CC: consente di ottenere dal generatore la massima energia utilizzabile, mantenendo costante la tensione in uscita dal generatore. - Convertitore CC/CA o inverter: trasforma la corrente continua prodotta dal generatore in alternata. Il recente sviluppo di componenti fotovoltaici con elevate caratteristiche di integrabilità negli edifici costituisce un notevole passo avanti nella possibilità di utilizzo di questa forma di energia rinnovabile. I sistemi FV possono servire sia utenze isolate, dotandole di accumulatori in grado di erogare energia in assenza di insolazione, sia utenze connesse alla rete. In questo caso, che 4 / 11

5 è quello che ci interessa, parliamo di fonte integrativa in grado di fornire un contributo, che varia con la dimensione dell impianto, al bilancio elettrico globale dell edificio. E opportuno in tal caso che i sistemi si integrino negli spazi già occupati e siano inseriti nelle strutture edili. In questo senso l installazione dell impianto fotovoltaico nella copertura degli edifici e senz altro il tipo di applicazione architettonica più diffusa allo stato; infatti essa risulta vantaggiosa sia per la facilità d installazione che per le ottime prestazione ottenute grazie al buon posizionamento dei moduli rispetto alla radiazione solare. L impianto fotovoltaico, se posizionato su tetto e terrazza, garantisce ottime prestazioni tecniche, grazie a idonei telai di supporto che consentono l orientamento verso sud. - Passi per la realizzazione di un impianto fotovoltaico Analisi del sito La valutazione della copertura disponibile è pertanto il primo passo del processo di valutazione del sito. I dati di localizzazione, climatici e di radiazione solare sono inoltre fondamentali nel dimensionamento di tutti i componenti del sistema fotovoltaico. La latitudine e la longitudine del sito ad esempio determinano l intensità della radiazione solare incidente sul generatore fotovoltaico, condizionandone l inclinazione dei moduli rispetto al piano orizzontale e l orientamento. Nell installazione di un sistema fotovoltaico l obiettivo primario è infatti la massimizzazione dell energia ottenibile dal modulo attraverso un preciso orientamento e inclinazione dello stesso affinché sia massima la radiazione solare globale su di esso incidente. Nel caso in esame, per quanto riguarda l azimut, è possibile un orientamento ottimale verso sud (nell emisfero boreale). Poiché infatti il sole sorge ad est e tramonta ad ovest, l orientamento a sud è quello che meglio permette di seguire il sole nel suo percorso apparente nel cielo. L inclinazione ottimale del modulo risulta invece di 30 considerando la latitudine del sito uguale a 36,92 gradi Nord. Analisi dell'utenza e dei costi dell'energia 5 / 11

6 Verifica dei consumi energetici attraverso la bolletta elettrica in modo da valutare la possibilità di uno scambio sul posto rispetto ad una cessione in rete dell'energia autoprodotta. Dimensionamento dell'impianto Il sistema fotovoltaico si integra con la rete elettrica e quindi non è strettamente indispensabile al funzionamento dei carichi elettrici dell utenza (p.e in caso di guasto dello stesso impianto fotovoltaico). Nei momenti di domanda elettrica e indisponibilità di radiazione solare è pertanto la rete (ENEL) a soddisfare il carico elettrico dell utenza. Attraverso l analisi del sito sono stati valutati i valori di radiazione solare incidente giornalmente su piano orizzontale e quelli effettivamente captati dall impianto fotovoltaico in funzione dell angolo di tilt (angolo di inclinazione del pannello fotovoltaico rispetto all orizzontale) e l angolo di azimut (orientamento della superficie rispetto ai punti cardinali). Sono stati calcolati quindi i valori medi mensili della radiazione solare raccolta, per ottenere, sommandoli, la radiazione media annuo raccolta dal dispositivo fotovoltaico. Il procedimento di dimensionamento parte quindi da una ipotesi di potenza P che il campo fotovoltaico deve fornire (espresso in KWp). Dividendo questo valore per l efficienza del dispositivo si ottiene la superficie di fotovoltaico necessaria per fornire quel determinato output da confrontare con la superficie realmente disponibile. Misura del fattore di copertura energia Il rapporto tra l energia prodotta dal sistema in un anno ed il carico elettrico complessivo fornisce la misura del fattore di copertura dell impianto fotovoltaico rispetto al carico elettrico complessivo. Tipologia e caratteristiche costruttive dell'impianto L impianto sarà realizzato attraverso la nuova tecnica impiantistica modulare che rispetto alla tecnica impiantistica fotovoltaica tradizionale prevede i seguenti vantaggi: - Riduzione del cablaggio di corrente continua a un circuito in serie a bassa corrente. - I diodi in serie sino ad ora necessari sono ora superflui. 6 / 11

7 - Il collegamento dei gruppi modulari avviene a livello di tensione alternata con una tecnica di installazione comprovata. - Ampliabilità sostenibile e semplice degli impianti FV. - Nessun circuito parallelo e quindi nessuna perdita per disattamento (Mismatching). I componenti principali dell'impianto sono: - I moduli fotovoltaici - Il sistema di montaggio per tetti piani; - L inverter per la conversione dell energia elettrica da continua in alternata; - Il sistema di rilevamento dei dati e di misura dell energia prodotta dall impianto fotovoltaico; - Il quadro elettrico, come dispositivo generale tra punto di consegna ENEL e generatore fotovoltaico; 7 / 11

8 - Il dispositivo di interfaccia per l allacciamento alla rete ENEL di B.T. - I complessi di misura per consentire la misura bidirezionale (immessa e prelevata) dell energia elettrica attiva nel punto di connessione. Pareri e/o autorizzazioni Come prima cosa è necessaria l autorizzazione di ENEL prima della messa in servizio dell impianto. Per ottenere suddetta autorizzazione è necessario fare richiesta di connessione di un impianto fotovoltaico ad ENEL ed allegarne il progetto. Entro 60 giorni NEL farà un sopralluogo per verificare la congruità del progetto. A seguito del sopralluogo sarà possibile installare l'impianto. Successivamente si darà la fine lavori ad ENEL che entro 30 giorni provvederà ad installare il nuovo contatore. Questa sarà a tutti gli effetti la data di inizio della produzione dell'impianto fotovoltaico e della relativa incentivazione. Per quanto riguarda le restanti autorizzazioni va considerato se l'impianto è: 1. parzialmente integrato su tetto piano 2. totalmente integrato 3. 8 / 11

9 parzialmente integrato su tetto falda; Nel 1 e 2 caso andrà richiesta specifica autorizzazione al Settore Urbanistica (ed in alcuni casi a Genio Civile e Sovrintendenza) Nel 3 caso sarà invece sufficiente una comunicazione al Settore Urbanistica (ed in alcuni casi a Genio Civile e Sovrintendenza). Richiesta incentivazione GSE Entro 60 giorni della connessione in rete dell'impianto fotovoltaico verrà fatta richiesta al GSE della tariffa incentivante che decorrerà a partire della data di connessione dell'impianto fotovoltaico. Il tempo di vita dell'impianto Il tempo di vita dei moduli fotovoltaici e degli altri componenti è prossimo ai 30 anni. Il componente più delicato dell impianto è l inverter per cui risulta difficile stimarne il tempo di vita in quanto fortemente oscillante da produttore a produttore. 9 / 11

10 Gli inverter solari per la connessione in rete, tuttavia, sono i più robusti e semplici dal punto di vista costruttivo e un rigoroso dimensionamento ne garantisce un lunghissimo funzionamento a condizioni ottimali. Costo dell'impianto Il costo dell impianto fotovoltaico è personalizzato e verrà indicato a seguito di un attento sopralluogo del tutto gratuito e senza impegno da parte dei nostri tecnici. Costo di manutenzione I costi di manutenzione influenzano il costo del KWh prodotto nella misura dello 0,75% - 1% del costo dell investimento iniziale all anno. Finanziamento Oggi è possibile ottenere dagli istituti di credito o finanziarie specifici mutui chirografati (senza ipoteche) per la realizzazione dell'impianto fotovoltaico. La caratteristica di suddetti mutui è che si pagano attraverso una cessione all'istituto bancario dei crediti maturati attraverso gli incentivi del GSE. Si può dire quindi che il fotovoltaico si ripaghi da sé. 10 / 11

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