Modello generico di un impianto fotovoltaico

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1 Dr. Fabio Belluomo

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3 Modello generico di un impianto fotovoltaico IL FOTOVOLTAICO Produzione di energia elettrica pulita attraverso fonte rinnovabile (Sole) disponibile in abbondanza nella nostra Sicilia. Energia integrativa e non alternativa. Esigenza immediata ma anche utile per tutelare il futuro delle nuove generazioni

4 La radiazione solare

5 L energia primaria Il Sole: tre componenti sfruttabili 1. radiazione solare diretta 2. radiazione solare diffusa dall atmosfera e dalle nuvole 3. radiazione solare riflessa (albedo) dal suolo e dagli edifici

6 Cenni sulla tecnologia costruttiva

7 Da utilizzazione di nicchia ad espansione massiva ML9.9.22/ /MG PANNELLO FOTOVOLTAICO I pannelli fotovoltaici sono stati utilizzati prevalentemente per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche (sonde spaziali, ripetitori telefonici in alta montagna, ecc) o con richieste energetiche talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe antieconomico (segnaletica stradale luminosa, parchimetri, ecc). Ovviamente questi dispositivi devono essere dotati di accumulatori per assicurare la erogazione di energia elettrica durante i periodi in cui il pannello fotovoltaico non produce. L'installazione di pannelli fotovoltaici ha avuto il suo massimo sviluppo in Germania grazie ad una legislazione favorevole. Analoga legislazione, e decisamente più conveniente per il Produttore, è stata adottata anche in Italia. Infatti il 19 Febbraio 2007 è stato emanato un ultimo provvedimento di legge denominato Conto Energia che recepisce la direttiva europea 2001/77/CE. Finalmente l espansione interessa anche il nostro Paese

8 ML9.9.22/ /MG Cenni sulla tecnologia MODULI FOTOVOLTAICI TECNOLOGIE A CONFRONTO Dei molti materiali impiegabili per la costruzione dei moduli fotovoltaici, il silicio è in assoluto il più utilizzato. Silicio Ottenuto dagli scarti della lavorazione Le tecnologie di realizzazione più comuni sono: Moduli cristallini dell industria elettronica Silicio monocristallino, in cui ogni cella è realizzata a partire da un wafer la cui struttura cristallina è omogenea (monocristallina), opportunamente drogato in modo da realizzare una giunzione p-n; Silicio Monocristallino - Rendimento 14/17% - Alti costi di produzione Silicio policristallino, in cui il wafer non è strutturalmente omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati (policristallo); Silicio Policristallino - Rendimento 11/14% - Costi di produzione minori - Gradevole aspetto estetico

9 Altre tecnologie ML9.9.22/ /MG Moduli a film sottile Silicio Amorfo - Rendimento 5/7% - Elevata malleabilità e possibilità di applicazione su numerose superfici di appoggio Silicio amorfo, in cui gli atomi silicei vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Detta anche "a film sottile", questa tecnologia impiega quantità molto esigue di silicio (spessori dell'ordine del micron). I moduli in silicio amorfo generalmente hanno efficienza meno costante delle altre tecnologie rispetto ai valori nominali. Il dato più interessante dell'amorfo è la economicità di questa tecnologia. Solfuro di cadmio microcristallino, CdS, che presenta costi di produzione molto bassi. Esso viene applicato ad un supporto metallico per spray-coating, cioè viene letteralmente spruzzato come una vernice. Tra gli svantaggi legati alla produzione di questo genere di celle fotovoltaiche vi è la tossicità del cadmio ed il basso rendimento del dispositivo. Arseniuro di gallio, GaAs, una lega binaria con proprietà semiconduttive, in grado di assicurare elevatissimi rendimenti, impiegata soprattutto per applicazioni militari o scientifiche avanzate. Tuttavia il costo del materiale monocristallino a partire dal quale sono realizzate le celle lo ha destinato ad un impiego di nicchia.

10 Energia prodotta ed applicazioni

11 ML9.9.22/ /MG Calcolo della producibilità di energia elettrica E (Ele. Annua) : Energia elettrica mediamente prodotta in un anno per ogni m 2 di pannelli FV Dimensione della superficie captante del generatore fotovoltaico Efficienza dei moduli fotovoltaici E (Ele. Annua) = Irr (medio annuo) * η (Moduli) * η (Elettrico) Irr (medio annuo) : Irraggiamento medio annuo sulla superficie dei moduli η (Moduli) : Rendimento di conversione del modulo Energia prodotta da un sistema FV Posizionamento dei Moduli fotovoltaici η (Elettrico) : Rendimento di tutte le apparecchiature elettriche necessarie a far funzionare l impianto FV Radiazione solare incidente MILANO Irr (kwh/anno m Efficienza Milano ) (kwh/giorno η di tutte (Moduli) m le ) 90 (facciata) apparecchiature 2.44 elettroniche 12.5 % Roma (kwh/giorno η (Elettrico) m 2 ) % Trapani E (Ele) (kwhel/anno (kwh/giorno m 2 ) necessarie a garantire il corretto ROMA0 (tetto piano) funzionamento dell impianto % FV % TRAPANI 30 (tetto inclinato) % %

12 ML9.9.22/ /MG Le applicazioni Orologi e Calcolatrici Veicoli a trazione elettrica Centrale Fotovoltaiche Lampioni Fotovoltaici Arredo Urbano Alimentazione Utenze Domestiche

13 I componenti base di un impianto fotovoltaico

14 ML9.9.22/ /MG Dalla cella al campo Cella Modulo Caratteristiche di un modulo in silicio policristallino Tensione a massima potenza Corrente a massima potenza Potenza Massima Tensione a circuito aperto Corrente di corto circuito Dimensioni (mm) 16.7 V 3 A 50 W 21.5 V 3.1 A 640 x 650

15 ML9.9.22/ /MG La struttura di sostegno Applicazioni Strutture su tetti Strutture a e Cavalletto facciate a Palo Sollecitazioni: - Carico Neve; - Azione del vento agente sul piano dei moduli Materiali adoperati: - Acciaio inossidabile; - Alluminio; - Ferro galvanizzato; - Legno trattato Sovrapposizione sulla copertura esistente Integrazione nella copertura

16 ML9.9.22/ /MG L inverter Applicazione per parallelo con la rete Campo FV Conversione c.c./c.a. Rete del Distributore Elettrico

17 ML9.9.22/ /MG L inverter e le prescrizione tecniche d esercizio Protezioni e dispositivi di interfaccia conformi alle prescrizioni del Distributore (Enel) L intervento della protezione deve separare (sezionare) l impianto dalla rete elettrica agendo direttamente sul dispositivo di interfaccia. 1. La dichiarazione di conformità della protezione di interfaccia alla prescrizione DK 5940 viene rilasciata da appositi enti abilitati e dall ENEL che ha predisposto un elenco nazionale di dispositivi conformi alla DK L elenco delle protezioni di interfaccia approvate dall ENEL o degli inverter dotati di dispositivo e protezioni di interfaccia interni approvato dall ENEL è aggiornato e disponibile al sito internet aziendale.

18 Particolari: connessioni elettriche tipo Conversione Centralizzata Conversione di Stringa Modulo FV Stringa Inverter Modulo FV Stringa Inverter Svantaggi Svantaggi Necessità di avere una sezione di consistente dimensione in corrente continua. Guasti gravi al convertitore implicano un fuori servizio di tutto l impianto, spesso prolungato. Impossibilità di monitorare il funzionamento di ogni singola stringa. Un solo convertitore, seppure di potenza maggiore, è in genere più affidabile che tanti di piccola potenza. Manutenzione potenzialmente poco agevole in quante le macchine (inverter) sono ubicate vicino alle stringhe (tetti, sottotetti, pensiline, etc.).

19 ML9.9.22/ /MG Schema semplificato per la misura dell energia utilizzatori M1: Servizio di scambio sul posto M2: Misura dell energia prodotta Campo FV

20 ML9.9.22/ /MG Orbita solare e posizionamento dei moduli

21 l orbita solare solstizio estate equinozio solstizio inverno

22 I vincoli per evitare l ombreggiamento ML9.9.22/ /MG Ombreggiamento: impianto su superficie piana Esistono dei vincoli per evitare che l impianto generi su se stesso una situazione di ombreggiamento. E quindi necessario utilizzare un passo di posa come riportato nella formula indicata

23 Due numeri da ricordare ML9.9.22/ /MG Spazio di massima necessario per la posa di pannelli inclinati di 30 su di una superficie piana 20 mq/kwp Spazio necessario per posa diretta su superficie con inclinazione favorevole 10 mq/kwp

24 I flussi di energia ML9.9.22/ /MG

25 ML9.9.22/ /MG Impianti Fotovoltaici Grid Connected DIAGRAMMA TIPO DEI FLUSSI DI ENERGIA La funzione dell accumulatore èsvolta dalla rete elettrica.

26 Il D.M. 19 Febbraio 2007 ML9.9.22/ /MG

27 L ultimo provvedimento legislativo: il D.M. 19/02/2007 Nel recente passato, diversi sono stati gli interventi governativi tesi a promuovere gli impianti fotovoltaici in attuazione dell art.7 del DLgs. n 387 del 29/12/2003. Da ultimo, in data 19/02/2007, è stato emanato il Decreto del Ministro dello Sviluppo Economico, di concerto col Ministro dell Ambiente Tutela Territorio e Mare, pubblicato nella Gazzetta Ufficiale n. 45 del 23 febbraio 2007, che stabilisce i nuovi criteri le modalità per incentivare la produzione di energia elettrica da impianti solari fotovoltaici.

28 D.M. 19/02/2007: nuovi incentivi Chi può beneficiare? Persone fisiche, Persone giuridiche, Soggetti pubblici, Condomini di unità abitative Le nuove tariffe incentivanti DM 19 febbraio 2007 Potenza Impianto Non Integrato (b1) Parzialmente Integrato (b2) Integrato Architettonicamente (b3) 1</= P</= 3 0,40 0,44 0,49 3 < P</= 20 0,38 0,42 0,46 P > 20 0,36 0,40 0,44 La Finanziaria 2008 ha stabilito che, ai fini dell'applicazione della tariffa incentivante, gli impianti fotovoltaici i cui soggetti responsabili sono enti locali sono considerati rientranti nella tipologia dell'impianto, di cui al punto b3

29 D.M. 19/02/2007: i premi Gli incentivi saranno aumentati del 5%: per le installazioni a terra, maggiori di 3kWp e in autoconsumo per quelle che prevedono la sostituzione dell eternit per ospedali, scuole ed enti pubblici. Premio all efficienza energetica: Le installazioni in scambio sul posto che prevedono il miglioramento dell efficienza energetica degli edifici, riceveranno un premio nella tariffa pari alla metà della percentuale del miglioramento certificato dell efficienza, fino ad un massimo del 30%. Certificazione prima e dopo. Riconoscimento premio a decorrere inizio anno successivo alla data di presentazione della richiesta e per tutto il periodo rimanente al godimento del beneficio assegnato

30 D.M. 19/02/2007: tariffe riconosciute per scambio/vendita Per potenza 20kWp scambio sul posto 0,180 /kwh in questo caso l energia non può essere venduta. La Finanziaria 2008 ha previsto una nuova soglia a 200 kwp Per potenza > 20 kwp produzione annuale fino a kwh produzione annuale da a kwh produzione annuale da a kwh 0,095 /kwh 0,080 /kwh 0,070 /kwh

31 D.M. 19/02/2007: buon momento per realizzare un impianto FV Gli incentivi saranno decurtati del 2% all anno a partire dal Le tariffe, una volta assegnate, rimarranno costanti per l intero periodo di 20 anni. La potenza complessiva ammessa ad incentivazione in atto ammonta a MWp Obiettivo del Paese è di raggiungere MWp entro il 2016

32 ML9.9.22/ /MG L attuale situazione in Italia

33 Impianti in esercizio: situazione al 04/03/2008

34 ML9.9.22/ /MG Dati economici significativi per impianti di taglia diversa

35 ML9.9.22/ /MG Impianto di 3kWp Manutenzione 1,5% Scambio sul posto Risultato a 20 anni

36 ML9.9.22/ /MG Impianto di 20kWp Manutenzione 1% Scambio sul posto Risultato a 20 anni

37 Rapporti con le Istituzioni ML9.9.22/ /MG

38 ML9.9.22/ /MG Istituzioni interessate Assessorato Regionale Territorio ed Ambiente (in attesa del recepimento da parte della Regione delle facilitazioni previste nel D.M. 19 febbraio 2007, la realizzazione dell impianto FV è soggetto al D.A. Regione Sicilia 17 maggio 2006) Il Distributore di energia elettrica locale (normalmente Enel) Comune secondo regolamento urbanistico (normalmente DIA) GSE (soggetto attuatore) per la richiesta della tariffa incentivata

39 ML9.9.22/ /MG Prescrizione tecniche generali Per gli allacciamenti monofase, la massima taglia ammessa è di 6kW L impianto di produzione deve essere provvisto di dispositivo e protezione d interfaccia e di dispositivo di generatore conformi alla Norma CEI Lo schema elettrico dell impianto deve essere conforme a quello di principio della norma CEI 11-20

40 ML9.9.22/ /MG Messa in esercizio dell impianto Prima della messa in parallelo con la rete, il produttore deve presentare p ad Enel i seguenti documenti (allegati alla DK5940): 1. Allegato A: Regolamento di esercizio in parallelo con reti BT ENEL di impianti di produzione 2. Allegato B: Dichiarazione di conformità dell impianto alle prescrizioni ENEL DK5940 ed alle norme CEI applicabili. 3. Allegato C: Scheda di informazione sui rischi specifici e sulle misure di sicurezza s comunicate dal Cliente 4. Allegato D: Dichiarazione di messa in sicurezza individuazione e consegna impianto elettrico L attivazione dell impianto di produzione decorre ufficialmente a partire dalla data di firma del regolamento di esercizio

41 ML9.9.22/ /MG Iter da seguire per accedere all incentivazione del GSE 1) Il soggetto responsabile (SR) inoltra il progetto preliminare al gestore di rete e chiede la connessione alla rete (ev. servizio di scambio). 2) Ad impianto ultimato, SR comunica la conclusione dei lavori al gestore di rete. 3) Entro 60 giorni dalla data di entrata in esercizio dell impianto, SR - pena la non ammissibilità alle tariffe incentivanti - è tenuto a far pervenire al GSE la richiesta di concessione della tariffa, insieme alla documentazione finale di entrata in esercizio dell impianto. 4) Entro i successivi 60 giorni GSE verifica il rispetto delle disposizioni del DM e comunica a SR la tariffa riconosciuta. 5) GSE predispone una piattaforma informatica per le comunicazioni tra SR e GSE, anche relative al premio sul risparmio energetico.

42 ML9.9.22/ /MG Immagini Impianti realizzati

43 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

44 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

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46 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

47 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

48 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

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50 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

51 ML9.9.22/ /MG Immagini d impianti realizzati

52 Alcune realizzazioni M.I. Solar

53 Alcune realizzazioni M.I. Solar

54 Alcune realizzazioni M.I. Solar

55 Retro del pannello della BP Solar

56 Il sopralluogo VEDIAMO LE SCHEDE PER ESEGUIRE UN BUON SOPRALLUOGO

57 Rilevare i dati dalla bolletta

58 ML9.9.22/ /MG Finito! Grazie per l attenzione

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