ELEMENTI DI PROGETTAZIONE FOTOVOLTAICO

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1 ELEMENTI DI PROGETTAZIONE FOTOVOLTAICO

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3 INDICE GENERALE Mercato del fotovoltaico Tecnologia delle celle fotovoltaiche Componenti d'impianto Configurazione dell'impianto Soluzioni d'impianto PV Il Conto Energia

4 IL MERCATO DEL FOTOVOLTAICO

5 IL MERCATO DEL FOTOVOLTAICO 5

6 POTENZA ANNUALE INSTALLATA NEL MONDO 6

7 POTENZA ANNUALE INSTALLATA NEL MONDO 7

8 POTENZA INSTALLATA PER AREA IN EU NEL 2006 MW Mln Mln ,5 Mln 58 Mln 32 Mln 25 Mln 13,7 Mln 10,5 Mln 6,2 Mln EU DE ES IT FR AT UK BE GR 8

9 POTENZA INSTALLATA PER AREA IN EU NEL

10 POTENZA ANNUALE INSTALLATA IN ITALIA 540 Mln MW 240 Mln Mln 26 Mln 30 Mln 70 Mln anno (*) (*) stima Riello S.p.A. 10

11 POTENZA ANNUALE INSTALLATA IN ITALIA 11

12 I PRODUTTORI DI CELLE FOTOVOLTAICHE MW Q-Cells Sharp Suntech Kyocera First Solar Photon International 12

13 I PRODUTTORI DI CELLE FOTOVOLTAICHE 13

14 QUOTE DI MERCATO PER TIPOLOGIA DI CELLE Film sottile quota % 55% Silicio amorfo Silicio policristallino 35% Silicio monocristallino 14

15 QUOTE DI MERCATO PER TIPOLOGIA DI CELLE 15

16 TECNOLOGIA DELLE CELLE FOTOVOLTAICHE

17 TECNOLOGIA DELLE CELLE FOTOVOLTAICHE 17

18 TIPOLOGIE DI CELLE silicio monocristallino efficienza: 13-17% Celle in silicio silicio policristallino efficienza: 11-15% silicio amorfo efficienza: 6-8% Celle a film sottile CIS (copper indium diselinide) CIGS (copper indium gallium diselinide) efficienza: 7-9% CdTe (telloruro di cadmio) efficienza: 6-9% 18

19 TIPOLOGIE DI CELLE Silicio Celle in silicio cristallino: maggiore efficienza disponibile stabilità delle prestazioni nel tempo ampia disponibilità Celle in silicio amorfo: possibilità di creare film di spessore di 1-2 mm basso impiego di materiale utilizzabili supporti flessibili o vetrosi problemi di stabilità nel tempo basso costo di produzione ridotta efficienza Film sottile Celle in CIS/CIGS: materiali poco costosi processo facilmente automatizzabile buona stabilità maggiore tolleranza agli ombreggiamenti minore influenza della temperatura Celle in CdTe: ridotta efficienza della cella nell insieme del modulo tecnologia non ancora standardizzata 19

20 ESTRAZIONE E PURIFICAZIONE DEL SILICIO cristallizzazione Silicio monocristallino solidificazione Estrazione della quarzite Riduzione e purificazione Silicio policristallino nessuna cristallizzazione Silicio amorfo 20

21 ESTRAZIONE E PURIFICAZIONE DEL SILICIO Estrazione della quarzite. Riduzione della quarzite a Si metallurgico in forno ad arco (1500 C) SiO 2 + 2C Si + 2CO (1500 C) Purificazione a Si elettronico Si + 3HCl SiHCl 3 + H 2 SiHCl 3 + H 2 Si + 3HCl Produzione del lingotto di Si monocristallino (cristallizzazione Czochralsky) o Si policristallino (solidificazione direzionale). Produzione del wafer tramite taglio del lingotto. 21

22 CARATTERISTICHE DELLE CELLE FOTOVOLTAICHE efficienza mq per kwp Si monocristallino 13-17% 7-9 mq Si policristallino 11-15% 8-9 mq Si amorfo 6-8% mq 22

23 CARATTERISTICHE DELLE CELLE FOTOVOLTAICHE Celle in silicio monocristallino: Maggiore efficienza Maggiore sensibilità alla temperatura Spessore: 0,2-0,3 mm Dimensioni: 100x100mm, 125x125mm, 156x156mm Colore: blu scuro, nero Celle in silicio policristallino: Buona efficienza Minore sensibilità alla temperatura Ottimo compromesso tra efficienza e sensibilità alla temperatura Spessore: 0,23-0,35 mm Dimensioni: 125x125mm, 156x156mm, 210x210mm Colore: blu Celle in silicio amorfo Ridotta efficienza Bassa sensibilità alla temperatura Possibilità di creare forme a scelta (elevata integrazione architettonica) Dimensioni: max modulo 2x3m Spessore substrato vetroso: 1-3mm Spessore silicio: 0,001mm 23

24 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO Wafer grezzo Lisciatura superficiale Grigliatura superficiale 24

25 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO Il wafer, caricato positivamente per mezzo di drogaggio con boro, presenta sulla sua superficie delle irregolarità che potrebbero originare fenomeni dei riflessione rilevanti. Il trattamento di lisciatura elimina le rugosità superficiali e rende la cella pronta ai successivi trattamenti superficiali. Per aumentare la superficie sensibile della cella vengono fatte delle grigliature regolari che migliorano il rendimento della cella. 25

26 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO fosforo - fosforo - fosforo - fosforo - Drogaggio Trattamento antiriflesso 26

27 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO Per attivare l effetto fotoelettrico la cella viene caricata negativamente sulla parte superficiale. Il drogaggio negativo viene eseguito con fosforo in forno a 900 C. La cella si trova ad avere due polarità differenti sulle due superfici e risulta ora fotosensibile. Per conferire alla superficie esposta (-) alla radiazione solare un maggiore assorbimento, viene fatto un trattamento antiriflesso che conferisce una colorazione blu. La cella ha uno spessore complessivo di 250 μm, con lo strato n di circa 0,5 μm. 27

28 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO Grigliatura secondaria Posizionamento bus line e griglia secondaria Bus line Deposizione posteriore posizionamento bus line posteriori 28

29 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO Per consentire il flusso di cariche vengono posizionati sulla superficie esposta i bus line e una griglia secondaria composti da una lega di argento per ridurre al minimo le resistenza elettriche. Il processo viene eseguito con fissaggio a 200 C. Griglia e bus line hanno spessore studiato in modo da ridurre la loro superficie occupata senza compromettere il rendimento della cella per eccessive resistenze elettriche. Posteriormente, non essendo la zona sensibile alla luce, viene eseguita una deposizione di pasta di alluminio su tutta la superficie e successivamente si pongono i bus line. 29

30 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO Affondamento dei bus line Taglio laser dei bordi 250 μm 0,5 μm Antiriflesso blu Bus N Giunzione P-N P Bus Alluminio 30

31 LA PRODUZIONE DELLE CELLE IN Si POLICRISTALLINO La superficie che ha subito il trattamento antiriflesso possiede uno stato non conduttivo e le cariche non riescono ad attraversarlo per arrivare al bus. Per ottenere un ottimale flusso sia nei bus superiori che inferiori questi vengono affondati (processo in forno a 900 C per 20 minuti) fino ad a vere un contatto con la parte interna della cella. Il taglio al laser lungo i bordi elimina eventuali cortocircuitazioni lungo il perimetro della cella. 31

32 L EFFETTO FOTOVOLTAICO 32

33 L EFFETTO FOTOVOLTAICO La radiazione solare che incide sulla parte n delle celle genera delle coppie elettrone-lacuna in entrambe le zone n e p. Il campo elettrico separa gli elettroni in eccesso generati dall assorbimento della luce dalle rispettive lacune, spingendoli in direzioni opposte (gli elettroni verso la zona n e le lacune verso la zona p) per cui si genera una differenza di potenziale. Se si connette la giunzione p-n con un conduttore, nel circuito esterno si otterrà un flusso di elettroni che parte dallo strato n, a potenziale maggiore, verso lo strato p, a potenziale minore. Fino a quando la cella resta esposta alla luce, l'elettricità fluisce con regolarità sotto forma di corrente continua. Valori tipici di una cella: U= 0,5V; I= 7A. 33

34 INFLUENZA DELL IRRAGGIAMENTO Corrente I (A) Voltaggio U (V) 34

35 INFLUENZA DELL IRRAGGIAMENTO La potenza erogata da una cella fotovoltaica, e quindi anche dal modulo, è legata alla corrente generata. Questa dipende direttamente dall irraggiamento incidente e ciò determina la potenza istantanea disponibile. E evidente che la maggiore produzione si avrà in giornate serene e durante le ore in cui i raggi solari risultano il più prossimi alla perpendicolare del pannello. Per ogni curva di funzionamento sono definiti i seguenti punti caratteristici: Tensione a vuoto (Uoc): intercetta sull asse U (V); valori tipici: 0,600-0,615V Corrente di corto circuito (Isc): intercetta sull asse I (A); valori tipici: 7,85-8,25A Punto di massima potenza (MPP): punto prossimo al ginocchio della curva; valori tipici: 3,6-3,8 Wp. 35

36 EFFETTO DELLA TEMPERATURA Corrente I (A) Voltaggio U (V) 36

37 EFFETTO DELLA TEMPERATURA Le celle fotovoltaiche subiscono una diminuzione di resa all aumentare della loro temperatura. Le celle a film sottile sono quelle che meno risentono di questo effetto mentre le celle in silicio monocristallino sono le più sensibili. In linea generale la perdita di potenza per ogni grado centigrado in più è di circa il 0,5%. A titolo esemplificativo, una cella funzionante a 55 C (30 C in più rispetto ai 25 C di test) ha una perdita del 15%. Per limitare l innalzamento della temperatura di funzionamento, va sempre valutato il livello di aerazione in quanto i moduli solitamente hanno temperature di funzionamento oscillanti tra i 40 C e i 70 C. I valori caratteristici di una cella Q-CELLS in silicio policristallino è pari a -0,43%W/ C. I valori che mediamente si riscontrano in celle in Si monocristallino sono di -0,5%W/ C. In zone calde, come il sud Italia, una minore perdita per temperatura è fondamentale per l efficienza del sistema. 37

38 ASSEMBLAGGIO DEL MODULO Assemblaggio del modulo + - Diodo di by-pass Collegamento delle celle cornice alluminio sigillante vetro EVA tedlar celle Sigillamento del modulo 38

39 ASSEMBLAGGIO DEL MODULO Le celle, per poter essere meglio sfruttate e protette vengono collegate per creare il modulo con le seguenti fasi: collegamento in serie delle celle fino ad ottenere la forma e/o la potenza voluta collegamento in parallelo di 2 o 3 gruppi di celle con diodi di by-pass pressatura sottovuoto delle celle tra due lamine di EVA assemblaggio con vetro antiriflesso superiormente e tedlar (resistente ai raggi UV) posteriormente inserimento lungo il bordo di una cornice in alluminio. 39

40 EFFETTO DELL OMBREGGIAMENTO Corrente I (A) Voltaggio U (V) 40

41 EFFETTO DELL OMBREGGIAMENTO Nel collegamento in serie, una cella ombreggiata non eroga più corrente e diventa per le altre un assorbitore. Questo passaggio di corrente nella cella comporta un innalzamento localizzato della temperatura (hot spot) e porta al danneggiamento. Per impedire tale fenomeno, gruppi di celle vengono collegati in parallelo tramite dei diodi di bypass (2 o 3 a seconda del costruttore). In caso di ombreggiamento parziale del modulo, quella porzione viene saltata ed la curva caratteristica viene modificata. Senza diodi la corrente del modulo verrebbe determinata da quella della cella ombreggiata e quindi una porzione del modulo comunque rimane produttiva. 41

42 COMPONENTI DELL IMPIANTO

43 I COMPONENTI DELL IMPIANTO 43

44 IL MODULO FOTOVOLTAICO Caratteristiche: - Dimensioni: 992x1507x33mm - 54 celle in silicio policristallino 156 x 156 mm - Profilo in alluminio con angolari arrotondati - Scatola posteriore con 3 diodi di by-pass e prese Tyco-Solarlok - Grado di protezione: classe II, IP 65 - Certificati secondo EN 61215: Vetro: Solatex 3,2 mm - Materiale di accoppiamento: Etimex - Materiale retro pannello: Isovolta DATI TECNICI THE/SOL PV Pmpp Umpp Impp Uoc Isc W V A V A THE/SOL PV ,11 7,40 32,62 7,85 THE/SOL PV ,10 7,45 32,69 7,89 THE/SOL PV ,57 7,63 32,98 8,04 Coefficienti di temperatura: Pmpp: 0,46 %/K Uoc: -116,1 mv/k Isc: +4,4 ma/k Tolleranza di resa: +/- 4,5 % Tensione massima del sistema 1000 V DC Condizioni di prova: AM 1,5 I= 1000 W/m 2 T= 25 C 44

45 IL MODULO FOTOVOLTAICO Le tabelle tecniche dei moduli sono sempre riferite a determinate condizioni di prova: irraggiamento: 1000 W/q massa d aria: 1,5 temperatura del modulo: 25 C. A queste condizioni si determinano i parametri elettrici del modulo al cosiddetto punto di massima potenza o di picco: Pmpp (W): potenza di picco erogata Umpp (V): tensione corrispondente alla Pmpp Impp (A): corrente corrispondente alla Pmpp. Altri parametri per definire le condizioni limite sono: Uoc (V): tensione a circuito aperto Isc (A): corrente di cortocircuito Coefficienti di temperatura: definiscono la perdita di resa all aumentare della temperatura. Vengono utilizzati dai simulatori dinamici (tipo PVSOL) per calcolare la produzione energetica in determinate condizioni climatiche. Tolleranza di resa: indica il range in cui ricade la potenza reale di picco del modulo; un valore ridotto, oltre ad essere indice di test accurati su celle e modulo, consente di ridurre le perdite da mismatch. Tensione massima di sistema: maggiore è il valore più alte sono le tensioni con cui si può far lavorare il sistema, riducendo così le perdite. 45

46 LE STRUTTURE DI FISSAGGIO A incasso nel tetto Su tetto inclinato (retrofit) Su tetto piano A terra 46

47 LE STRUTTURE DI FISSAGGIO Totalmente integrato migliore effetto architettonico maggiore difficoltà di installazione perdite di resa fino al 20% per l innalzamento delle temperatura utilizzabile solo con tetti ventilati inclinazione minima da rispettare (usualmente 25 ). Sovrapposto a tetto ridotto impatto estetico facile installazione utilizzabile sulla maggior parte di coperture sufficiente aerazione inclinazione minima di 15 per avere un effetto di autopulizia. Su tetto piano o a terra elevata superficie richiesta per mantenere la distanza minima tra le file maggiore esposizione al vento e al carico alla neve maggiore impegno progettuale per l adattamento alle diverse tipologie di coperture. 47

48 I QUADRI DI PARALLELO Barre di parallelo in rame Diodi di stringa Collegamento stringhe Sezionatore 48

49 I QUADRI DI PARALLELO Svolge la funzione di mettere in parallelo le varie stringhe di moduli in modo da immettere nell inverter la corrente generata con due sole connessioni. Protegge dalle sovratensioni i moduli e l inverter. Contiene i fusibili di stringa per proteggere da sovraccarico i moduli fotovoltaici ad i cavi di stringa. Contiene l interruttore principale in modo da sezionare il campo fotovoltaico. Opzionalmente possono contenere i collegamenti per sensori ausiliari per monitorare le singole le stringhe e per la gestione di un sistema antifurto. 49

50 L INVERTER 50

51 L INVERTER Converte la corrente continua fornita dal generatore fotovoltaico in alternata di qualità comparabile con quella della rete elettrica per l immissione in rete. Da una opportuna forma d onda all output. Regola il valore effettivo del voltaggio di output. Massimizza l energia prodotta dal generatore fotovoltaico (MPPT) al variare dell uscita del generatore fotovoltaico. Efficienza: 85-95%. Indicazioni progettuali: tenere un rapporto tra potenza inverter e generatore fotovoltaico tra 0,9-1,0 l intervallo di tensione della variazione del punto di massima potenza del campo fotovoltaico deve ricadere nel range di ricerca dell MPP dell inverter la tensione massima del generatore non deve mai superare la massima ammissibile dell inverter installare l inverter in ambienti con possibilità di ricambio d aria. 51

52 I CAVI 52

53 I CAVI I cavi del circuito lato continua e i cavi del circuito del lato alternata devono percorrere tubi e/o canaline separate e distinte. I cavi in corrente continua devono avere i seguenti requisiti : devono essere in grado di sostenere la corrente di corto circuito tra i poli e verso terra resistere ai raggi UV, e alle variazioni di temperatura (-40 C -20 C) devono essere dimensionati in modo tale che le perdite siano contenute al minimo (<2%) essere flessibili, sottili, leggeri e maneggevoli devono ammettere una tensione massima = 2kV resistere al fuoco, ed essere a bassa tossicità in caso di incendio. I cavi utilizzati sono: cavo tipo FG70R 0,6/1kV a doppio isolamento: per la posa su tetto per la connessione dei moduli al quadro di parallelo e/o di campo. Non necessita di elementi di protezione cavo tipo N07V-K 450/750V cordina: necessita di posa in tubo o guaina. Non utilizzabile per la connessione dei moduli sul tetto. All esterno e all esposizione ai raggi solari utilizzare tubazioni in metallo (tubazioni in materiale plastico dopo un periodo non lunghissimo di esposizione ai raggi solari potrebbero deteriorarsi) Per il cablaggio di moduli fino a 4A di corrente cc utilizzare cavi che abbiano una sezione di almeno 2,5 mm 2 ; per correnti superiori usare cavi con sezioni di 4 mm 2. La posa dei cavi non deve ostruire il deflusso dell'acqua piovana. Per le connessioni tra quadro di parallelo e/o di campo all'inverter si usano cavi tipo NYM o NYY (necessaria la prova di corto circuito trai i poli e verso terra). 53

54 L EFFICIENZA DEL SISTEMA Rendimento cella: 15% 15% Temperatura: 9% Mismatch stringhe: 8% Circuito cc: 3% Inverter: 15% Servizi ausiliari: 3% Perdite Ombreggiamento: 3% Sporcamento: 2% 10,8% Resa impianto: 10,8% 54

55 L EFFICIENZA DEL SISTEMA Temperatura: la temperatura aumenta le resistenze elettriche nel modulo e ne riduce la resa istantanea. Mismatch: i moduli non hanno tutti la stessa potenza ma oscillano attorno alla potenza di picco. Minore è la tolleranza di resa e più i moduli saranno simili. Una tolleranza elevata fa si che vi siano moduli di potenza inferiore che vanno a rallentare anche gli altri appartenenti alla stringa. I cavi vanno dimensionati in base alla corrente che li percorre e alla distanza da percorrere. Le perdite massime ammesse nei cavi sono del 3%. L inverter è il componente più sollecitato termicamente. La sua efficienza è legata ad una sua ottimale ventilazione. 55

56 POSIZIONAMENTO DEI PANNELLI Superficie necessaria: falda: 10 m 2 per kwp superficie orizzontale: 20 m 2 per kwp 10 m 2 /kwp 20 m 2 /kwp IRRAGGIAMENTO % RISPETTO ALL OTTIMALE Condizioni ottimali: Orientamento: sud Inclinazione: 30 INCLINAZIONE MODULI 56

57 POSIZIONAMENTO DEI PANNELLI La superficie netta di moduli per 1 kwp è di circa 8 mq. Per l installazione va sempre previsto ulteriore spazio di manovra. Le installazioni a terra o su tetto piano richiedono una superficie doppia (20 mq/kwp) rispetto all installazione su falda. L installazione su tetto ha dei costi aggiuntivi per la messa in sicurezza. Nell installazione a suolo o su tetto piano posizionare i pannelli ad un altezza da terra sufficiente per evitare l accumulo di neve alla base dei pannelli o l ombreggiamento causato dall erba. Il posizionamento migliore, alle latitudini italiane, è con orientamento/inclinazione di sud/30. 57

58 DISTANZA TRA LE FILE DI PANNELLI H A β=30 P = H x p A = H x a P D D = H x d 45 L L = H x l 44 2,40 2,20 2,00 Parametri per la distanzatra file parallele con moduli con angolo di inclinazione 30 l p a d l , ,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 47,0 46,5 46,0 45,5 45,0 44,5 44,0 43,5 43,0 42,5 42,0 41,5 41,0 40,5 40,0 39,5 39,0 38,5 38,0 37,5 37,0 36,5 36,0 35,5 35,0 Parametro d p a 37 Latitudine 58

59 DISTANZA TRA LE FILE DI PANNELLI Per il calcolo della distanza minima tra file parallele di pannelli inclinati si può utilizzare il grafico oppure le formule qui sotto. I dati fondamentali sono, in entrambe i casi: - Latitudine del luogo di installazione - H: altezza del modulo - β: inclinazione del modulo (tilt), alle nostre latitudini l angolo ottimale è 30. A = H x senβ = H x 0,5 P = H x cos β = H x 0,866 D = A x tan(23,5 -latitudine) Le formule possono essere utilizzate anche per calcolare la distanza da mantenere per evitare l ombreggiamento di un ostacolo posto a sud del campo fotovoltaico. 59

60 PRODUCIBILITA DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO Nord: kwh per kwp Centro: kwh per kwp Sud: kwh per kwp 60

61 PRODUCIBILITA DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO Ogni sito è caratterizzato da un profilo climatico proprio composto da temperatura, irraggiamento solare, velocità del vento. La radiazione solare in Italia varia da kwh per m 2 all anno al nord fino a kwh per m 2 all anno al sud. Le rese annuali possono variare di circa +/-10%. Nel semestre estivo si producono i 3/4 dell'energia producibile nell'arco dell'anno. L utilizzo di programmi di simulazione dinamica (tipo PVSOL) consente di avere in tempi rapidi e con una certa precisione la stima di produzione dell impianto. L accuratezza dei dati di partenza (località, orientamento, inclinazione, tipo componenti, configurazione) sono fondamentali per avere una corretta stima. 61

62 I COSTI DELL IMPIANTO Costi medi di manutenzione annuale: 1-1,5% dell investimento. Vita utile dell impianto: 25 anni. Suddivisione dei costi struttura 6% inverter 13% montaggio 10% sviluppo progetto 6% moduli 65% 62

63 I COSTI DELL IMPIANTO Moduli: la quota maggiore del costo di un impianto fotovoltaico è data dai moduli. Strutture: in caso di tipologie di strutture particolari la sua quota percentuale può aumentare fino al 10%. Inverter: le architetture multi-inverter hanno generalmente costi leggermente superiori. Installazione: l installazione a terra è la più semplice e veloce ma potrebbe richiedere opere di sistemazione del terreno. Progettazione: oltre a certificare l impianto, la progettazione dovrebbe comprendere anche le pratiche per l accesso agli incentivi in Conto Energia. 63

64 CONFIGURAZIONE DELL IMPIANTO

65 CRITERI DI SCELTA DELL IMPIANTO Utenza privata consumi bassi (max kwh ca. all anno) utenza monofase installazione su falda o tetto piano. Utenza uffici/artigianato/piccola industria consumi medio-bassi (max kwh ca. all anno) utenza trifase installazione su falda o tetto piano. Autoproduzione Destinato alla persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la utilizza in misura non inferiore al 70% annuo per uso proprio ovvero per uso delle società controllate, della società controllante e delle società controllate dalla medesima controllante, nonché per uso dei soci delle società cooperative di produzione e distribuzione dell'energia elettrica. Produzione Impianto per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. 65

66 UTENZA PRIVATA Consumo annuale (kwh) kwh esempio nord Italia Calcolo resa annuale specifica (kwh/kwp) kwh anno/kwp Calcolo potenza impianto fv richiesta per produzione=consumo P= 3.300/1.250 = 2,64 kwp Configurazione elettrica dell impianto 14 THE/SOL PV INVERTER M26 Verifica dello spazio richiesto 27 mq Sup. disponibile non sufficiente Configurazione corretta 66

67 UTENZA PRIVATA L impianto va valutato secondo il servizio di scambio sul posto: l energia prodotta viene scalata dalla bolletta. Il dato base di partenza è il consumo elettrico annuale. Tale dato è ricavabile dalla somma delle singole bollette. Il dato di una singola bolletta non ha valore rappresentativo a causa delle forti variazioni mensili e stagionali nei consumi. La resa annuale specifica di un impianto fotovoltaico deve tenere conto della località e può essere ricavata da un software di simulazione. Per sfruttare al meglio l impianto fotovoltaico in scambio sul posto, questo deve avere una produzione annuale vicina ai consumi dell utenza. La potenza di picco richiesta = consumi annuali dell utenza / resa specifica annuale. Qualora lo spazio richiesto non fosse disponibile per l installazione, si deve procedere ad una nuova configurazione riducendo la potenza dell impianto fotovoltaico. 67

68 UTENZA UFFICI/ARTIGIANATO/PICCOLA INDUSTRIA Consumo annuale (kwh) kwh esempio nord Italia Calcolo resa annuale specifica (kwh/kwp) kwh anno /kwp Calcolo potenza impianto fv richiesta per produzione=consumo P = /1.250 = 18,4 kwp Configurazione elettrica dell impianto 16 moduli THE/SOL PV 195 x 6 stringhe + inverter T 190 Verifica dello spazio richiesto 180 mq Sup. disponibile non sufficiente Configurazione corretta 68

69 UTENZA UFFICI/ARTIGIANATO/PICCOLA INDUSTRIA L impianto va valutato secondo il servizio di scambio sul posto: l energia prodotta viene scalata dalla bolletta. Il dato base di partenza è il consumo elettrico annuale. Tale dato è ricavabile dalla somma delle singole bollette. La resa annuale specifica di un impianto fotovoltaico deve tenere conto della località e può essere ricavata da un software di simulazione. Per sfruttare al meglio l impianto fotovoltaico in scambio sul posto questo deve avere una produzione annuale vicina ai consumi dell utenza. La potenza di picco richiesta = resa specifica annuale / consumi annuali dell utenza. Per questo tipo di utenze, l impianto potrebbe risultare di potenza superiore ai 20kW, limite massimo per lo scambio sul posto. Se la potenza risulta di poco superiore, conviene limitarsi ai 20kW in modo da sfruttare lo scambio sul posto. La finanziaria 2008 innalza tale valore a 200 kwp (attualmente mancano ancora i decreti attuativi). 69

70 AUTOPRODUZIONE Ciclo di consumo annuale (kwh) Calcolo resa annuale specifica (kwh/kwp) Calcolo potenza impianto fv richiesta per produzione 70% consumo Configurazione elettrica dell impianto Verifica dello spazio richiesto Sup. disponibile non sufficiente Configurazione corretta 70

71 AUTOPRODUZIONE Per potersi configurare come autoproduttore è necessario produrre energia elettrica e utilizzarla in misura non inferiore al 70% annuo. E importante avere un monitoraggio del ciclo di consumo annuale. Gli impianti di questo tipo, destinati ad utenze dai consumi elevati, sono generalmente di taglio medio-grandi. La verifica dello spazio richiesto è fondamentale in quanto è vincolante anche sulla definizione o meno del titolo di autoproduttore. Il titolo di autoproduttore consente di avere una maggiorazione del 5% sulla tariffa incentivante del Conto Energia. La restante energia non autoconsumata può essere venduta. 71

72 VENDITA Sup. disponibile non sufficiente Potenza richiesta Verifica spazio richiesto Spazio disponibile Calcolo potenza impianto fotovoltaico Calcolo resa annuale specifica (kwh/kwp) Configurazione elettrica dell impianto Configurazione corretta 72

73 VENDITA L impianto è dimensionato sulla potenza da installare o sulla superficie disponibile. La produzione energetica viene incentivata dalla tariffa del Conto Energia e venduta. La configurazione di produttore determina la denuncia di Officina Elettrica. 73

74 CRITERI GENERALI DI DIMENSIONAMENTO DELL IMPIANTO Potenza impianto Superficie disponibile Consumo energetico verifica superficie disponibile calcolo numero di pannelli calcolo potenza impianto calcolo numero pannelli calcolo potenza impianto calcolo numero di pannelli verifica configurazione elettrica verifica configurazione elettrica 74 verifica superficie disponibile verifica configurazione elettrica

75 CRITERI GENERALI DI DIMENSIONAMENTO DELL IMPIANTO I dati disponibili determinano il punto di partenza per il dimensionamento dell impianto. I grandi impianti hanno come dato di partenza la potenza richiesta (ampio spazio a disposizione) o la superficie disponibile (non c è limite di potenza). Il dato di consumo di energia elettrica, utile se l impianto è di potenza minore o uguale a 20kW, permette di calcolare l impianto avente una produzione annuale vicina ai consumi. La verifica della configurazione elettrica è sempre necessaria ed è quella che definisce l esatta potenza e configurazione dell impianto. 75

76 CONFIGURAZIONE ELETTRICA DELL IMPIANTO Temperatura minima: -10 C Temperatura massima: +70 C Potenza campo fotovoltaico Scelta inverter: potenza inverter = 85-95% potenza del campo fv Calcolo tensione MPP a Tmin e Tmax del modulo Verifica compatibilità con corrente nominale e massima dell inverter Calcolo corrente totale stringhe Calcolo numero di stringhe Configurazione impianto definita Definizione numero moduli per stringa Calcolo numero minimo e massimo di moduli in serie per MPPT Calcolo tensione a vuoto a Tmin del modulo Calcolo numero massimo di moduli in serie ammissibili 76

77 CONFIGURAZIONE ELETTRICA DELL IMPIANTO T min =-10 C ΔT min = -35 C T max =+70 C ΔT max = +45 C P nom,inv =0,85 0,95 x P nom,fv V mpp (T min )=V mpp + (ΔT min x K T,Voc ) V mpp (T max )=V mpp + (ΔT max x K T,Voc ) n mod,max = V mppt, max / V mpp (T max ) n mod,min = V mppt,min / V mpp (T min ) V oc (T min )=V oc + (ΔT min x K T,Voc ) n mod,max.amm. = V cc,max / V oc (T min ) I mpp,str = n str x I mpp <=I cc,nom I mpp,str = n str x I mpp <I cc,max Calcolo dei salti di temperatura risp. alle STC Scelta dell inverter nel corretto range di potenza risp. Al campo fotovoltaico Tensione alla temperatura minima del modulo Tensione alla temperatura massima del modulo Numero massimo di moduli per stringa Numero minimo di moduli per stringa Tensione massima raggiungibile dal modulo Numero max ammissibile di moduli per stringa Verifica corrente nominale e massima delle stringhe in ingresso all inverter 77

78 SOLUZIONI D IMPIANTO PV

79 SOLUZIONI D IMPIANTO PV 79

80 SOLUZIONI D IMPIANTO PV 2,5 kwp 80

81 SCAMBIO SUL POSTO 2,5 kwp ESEMPIO DI UN IMPIANTO INSTALLATO A FIRENZE SUD 30 UTENZA PRIVATA PARZIALMENTE INTEGRATO IN REGIME DI SCAMBIO SUL POSTO CONTO ENERGIA IN REGIME DI SCAMBIO SUL POSTO: kwh X 0,44 /kwh = SOMMA ANNUALE ACCREDITATA DAL GSE PRODUZIONE ANNUA STIMATA TARIFFA INCENTIVANTE GSE ENERGIA RISPARMIATA: kwh X 0,18 /kwh = 567 RISPARMIO SULLA BOLLETTA ENEL PRODUZIONE ANNUA STIMATA COSTO MEDIO DEL kwh ENEL RENDITA ANNUALE = RENDITA ANNUALE DELL INVESTIMENTO 81

82 SOLUZIONI D IMPIANTO PV 15 kwp 82

83 SCAMBIO SUL POSTO 15 kwp ESEMPIO DI UN IMPIANTO INSTALLATO A FIRENZE SUD 30 UTENZA INDUSTRIALE PARZIALMENTE INTEGRATO IN REGIME DI SCAMBIO SUL POSTO (PRODUZIONE = CONSUMO) CONTO ENERGIA IN REGIME DI SCAMBIO SUL POSTO: kwh X 0,42 /kwh = SOMMA ANNUALE ACCREDITATA DAL GSE PRODUZIONE ANNUA STIMATA TARIFFA GSE INCENTIVANTE ENERGIA RISPARMIATA: kwh X 0,12 /kwh = RISPARMIO SULLA BOLLETTA ENEL CONSUMO ANNUALE STIMATA COSTO MEDIO DEL kwh ENEL RENDITA ANNUALE = RENDITA ANNUALE DELL INVESTIMENTO 83

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