rinnovabili solare fotovoltaico

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1 solare fotovoltaico

2 Solare Fotovoltaico

3 solare fotovoltaico Sommario SOLARE FOTOVOLTAICO 2 QUANTA ENERGIA? 2 LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA 2 L IMPIANTO FOTOVOLTAICO 4 LE TIPOLOGIE DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI 5 NORMATIVA DI RIFERIMENTO 6 IL CONTO ENERGIA 8 VENDITA DELL ELETTRICITÀ ALLA RETE E INCENTIVI ALLA GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA IMPIANTI FOTOVOLTAICI 9 ESEMPI DI APPLICAZIONE TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA 9 Riferimenti 12

4 Solare Fotovoltaico SOLARE FOTOVOLTAICO All interno del sole, a temperature di alcuni milioni di gradi centigradi, avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione, che sprigionano enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. all equatore. In Italia, l irraggiamento medio annuale varia dai 3,6 kwh/m2/giorno della pianura padana ai 4,7 kwh/m2/giorno del centro sud e ai 5,4 kwh/m2/ giorno della Sicilia. Per il Comune di Padova si ha un valore minimo invernale di 1,7kWh/m2/giorno ed un massimo in estate di 6,4 kwh/m2/giorno per un totale annuo di 1407kWh/m2 (dati 1999). L energia irradiata si propaga nello spazio: l intensità della radiazione che colpisce una superficie situata fuori dall atmosfera terrestre alla distanza media tra la terra e il sole, pari a 149,5 milioni di km, e orientata perpendicolarmente rispetto alla radiazione, è conosciuta come costante solare, ed è pari W/m2 ± 3,3 % (per la diversa distanza Terra - Sole). L atmosfera opera da filtro e l intensità della radiazione incidente su una superficie orizzontale è mediamente pari a circa W/m2, in condizioni di giornata serena e sole a mezzogiorno. QUANTA ENERGIA? La quantità di energia solare che arriva sulla superficie terrestre e che può essere utilmente raccolta da un dispositivo fotovoltaico dipende dall irraggiamento del luogo. L irraggiamento è la quantità di energia solare incidente su una superficie unitaria in un determinato intervallo di tempo, tipicamente un giorno (kwh/ m2/giorno). Il valore istantaneo della radiazione solare incidente sull unità di superficie viene invece denominato radianza (kw/m2). L irraggiamento è influenzato dalle condizioni climatiche locali (nuvolosità, foschia ecc..) e dipende dalla latitudine del luogo: come è noto cresce quanto più ci si avvicina LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA Vi sono dei materiali semiconduttori che, opportunamente trattati, hanno la proprietà di convertire tale flusso di energia luminosa in energia elettrica, in base al cosiddetto effetto fotovoltaico. Un sistema fotovoltaico è in grado di trasformare, direttamente ed istantaneamente, l energia solare in energia elettrica senza l uso di alcun combustibile. L efficienza di conversione, ovvero la quota di energia luminosa convertita in energia elettrica, è molto diversa in funzione del tipo di materiale utilizzato. Attualmente esistono i seguenti tipi di celle commerciali: Silicio policristallino Silicio monocristallino Silicio amorfo Film sottile CIS (semiconduttori in rame - indio-selenio) e CIGS (rame-indio-gallio-selenio) Arseniuro di gallio (GaAs) Tellururo di cadmio (CdTe) [1] Stima radiazione solare ENEA, 1999

5 Il silicio, mono e policristallino, impiegato nella costruzione delle celle è lo stesso utilizzato dall industria elettronica, che richiede materiali molto puri e quindi costosi. Tra i due tipi il silicio policristallino è il meno costoso, ma ha rendimenti di conversione dell energia solare inferiori. L efficienza dei moduli è in genere compresa tra il 12% e il 17% nel caso di silicio cristallino tra il 4% e il 10% per il silicio amorfo (vedi Tabella 1). Per celle di laboratorio in fase di sperimentazione e celle di altri materiali più costosi si possono raggiungere rendimenti anche del 40%, grazie alla concentrazione della luce solare e all utilizzo di celle multistrato, con cui si riesce a captare l energia alle diverse lunghezze d onda della luce. Si riportano in Tabella 1 le principali caratteristiche delle celle fotovoltaiche commerciali. Per ridurre il costo della cella sono in studio nuove tecnologie che utilizzano il silicio amorfo e altri materiali policristallini, quali il seleniuro di indio e rame e il tellururo di cadmio. Si mono Si poli Si amorfo GaAs CdTe CIS (CULNSe2) Rendimento cella 14-17% 12-14% 4-6% singolo 7-10% tandem 32,5% (lab.) 10% 12% % produzione mondiale Vantaggi 65% 20-25% 10-15% Alto rendimento Stabile tecnologia affidabile Costo basso Fabbricazione più semplice Miglior occupazione dello spazio Costo basso e minore necessità di materiale ed energia nella fabbricazione Buon rendimento con basso irraggiamento; Flessibile Alta resistenza alle alte temperature (ok per i concentratori) Basso costo Molto stabile Svantaggi Costo Quantità di materiale necessaria alla fabbricazione Complessità Minore rendimento Complessità Sensibilità alle impurita Basso rendimento Degrado iniziale Stabilità negli anni Tossicità Disponibilità del materiale Tossicità Disponibilità del materiale Tossicità (Cd) Tabella 1: principali caratteristiche delle celle fotovoltaiche in silicio [4]

6 Solare Fotovoltaico Gli impianti commerciali sono oggi quasi esclusivamente realizzati con celle di silicio cristallino, con diversi livelli di efficienza. La variabilità della radiazione incidente è funzione del numero di ore e dell intensità dell insolazione, con forti variazioni nel corso dell anno. In Figura 1 si riporta l andamento della potenza di picco generata giornalmente da un impianto fotovoltaico in giorni tipici di ogni mese. Il generatore fotovoltaico è costituito da un insieme di moduli fotovoltaici collegati in modo da ottenere i valori di potenza e tensione desiderati. I moduli sono costituiti da un insieme di celle. Una cella fotovoltaica di dimensioni 10x10 cm si comporta come un minuscolo generatore, e nelle condizioni di soleggiamento tipiche dell Italia, alla temperatura di 25 C arriva a fornire una corrente di 3 A, con una tensione di 0,5 V e una potenza pari a 1,5-1,7 Watt di picco. L energia elettrica prodotta sarà proporzionale all energia solare incidente, che varia nel corso della giornata, al variare della stagioni e al variare delle condizioni atmosferiche. Figura 1:Andamento della potenza di picco generata giornalmente da un impianto fotovoltaico 2 In commercio, attualmente, i moduli più diffusi sono costituiti da 36 celle di silicio mono e policristallino disposte su 4 file parallele collegate in serie. Hanno superfici che variano da 0,5 ad 1 m2. Più moduli collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura rigida ancorabile al suolo o ad un edificio. Un insieme di pannelli, collegati elettricamente in serie costituisce una stringa. Più stringhe, collegate generalmente in parallelo, per cfornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico, rappresentato graficamente in Figura 2. L IMPIANTO FOTOVOLTAICO Un sistema fotovoltaico è essenzialmente costituito da: un generatore un sistema di condizionamento e controllo della potenza un eventuale accumulatore di energia, la batteria la struttura di sostegno Figura 2: rappresentazione grafica generatore fotovoltaico [3] [2] Procedura di valutazione dell efficienza di produzione di un impianto fotovoltaico. Tesi di Laurea in Ingegneria Elettrotecnica, Anno Accademico

7 Il sistema di condizionamento e controllo della potenza è costituito da un inverter, che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata, assorbita dalla rete; da un trasformatore e da un sistema di rifasamento e filtraggio che garantisce la qualità della corrente in uscita. In Figura 3 si riporta lo schema di un impianto fotovoltaico connesso in rete. Gli impianti in isola sono i sistemi non collegati alla rete elettrica, costituiti dai moduli fotovoltaici, dal regolatore di carica e da un sistema di batterie che garantisce l erogazione di corrente anche nelle ore di minore illuminazione o di buio. La corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua. Se l utenza è costituita da apparecchiature che prevedono una alimentazione in corrente alternata è necessario anche un convertitore dalla corrente continua, l inverter. Figura 3: Schema impianto fotovoltaico connesso in rete LE TIPOLOGIE DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI L alternanza giorno/notte, il ciclo delle stagioni, le variazioni delle condizioni meteorologiche fanno sì che la quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico non sia costante né al variare delle ore del giorno, né al variare dei mesi dell anno. Ciò significa che, nel caso in cui si voglia dare la completa autonomia all utenza, occorre o collegare gli impianti alla rete elettrica di distribuzione nazionale (impianti grid connected ) o utilizzare dei sistemi di accumulo dell energia elettrica che la rendano disponibile nelle ore di soleggiamento insufficiente (impianti stand alone o in isola ). Gli impianti connessi alla rete sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica, a cui cedono l energia prodotta. Quando essi siano connessi a dei carichi, come nel caso degli impianti domestici, nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, il surplus viene trasferito alla rete e contabilizzato. Un inverter trasforma l energia elettrica da corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico, in corrente alternata. I sistemi connessi alla rete non hanno bisogno di batterie perché la rete di distribuzione sopperisce alla fornitura di energia elettrica nei momenti di indisponibilità della radiazione solare. In Figura 4 si rappresentano le tipologie di impianti fotovoltaici.

8 Solare Fotovoltaico Infine, gli impianti integrati negli edifici costituiscono una delle più promettenti applicazioni del fotovoltaico. Si tratta di sistemi che vengono installati su costruzioni civili o industriali per essere collegati alla rete elettrica di distribuzione in bassa tensione. Negli impianti integrati negli edifici vengono installati due contatori per contabilizzare gli scambi fra l utente e la rete. In Figura 5 si riporta lo schema di un utenza dotata di un impianto fotovoltaico collegato alla rete elettrica. La corrente continua generata istantaneamente dai moduli viene trasformata in corrente alternata e immessa nella rete interna dell edificio utilizzatore, in parallelo alla rete di distribuzione pubblica. In questo modo può essere, a seconda dei casi, consumata dall utenza locale oppure ceduta, per la quota eccedente al fabbisogno, alla rete stessa. I moduli fotovoltaici possono essere utilizzati come elementi di rivestimento degli edifici anche in sostituzione di componenti tradizionali. A questo scopo l industria fotovoltaica e quella del settore edile, hanno messo a punto moduli architettonici integrabili nella struttura dell edificio che trovano sempre maggiore applicazione nelle facciate e nelle coperture delle costruzioni. NORMATIVA DI RIFERIMENTO Le caratteristiche degli impianti fotovoltaici hanno favorito il loro inserimento presso i consumatori, integrandoli negli impianti utilizzatori (edifici, reti locali), con una normativa ad hoc che possa semplificare il processo autorizzativo. La produzione di energia fotovoltaica è oggi incentivata tramite il cosiddetto Conto Energia, un premio corrisposto a tutta l energia prodotta. Altre Delibere dell Autorità per l Energia Elettrica e il Gas (AEEG) individuano le modalità di erogazione delle tariffe incentivanti e le condizioni tecnico-economiche del servizio di scambio sul posto, come riportato in Tabella 2. Figura 5: Schema di un utenza dotata di un impianto fotovoltaico integrato in un edificio e collegato alla rete elettrica [3]

9 Decreto GU Descrizione Decreto legislativo Attuazione della direttiva 2001/77/CE relativa alla promozione dell energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell elettricità Gazzetta Ufficiale n. 25, 31 gennaio Supplemento Ordinario n. 17 Stabilisce l adozione di decreti con i quali sono definiti i criteri per l incentivazione della produzione di energia elettrica dalla fonte solare. Decreto 28 luglio 2005 Criteri per l incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare. Gazzetta Ufficiale N. 181, 5 Agosto 2005 Stabilisce criteri per l incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare. Decreto 6 febbraio 2006 Criteri per l incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare. Gazzetta Ufficiale n. 38, 15 Febbraio 2006 Questo Decreto amplia e integra il DM del 28 luglio 2005 Delibera AEEG n. 188/05 Definizione del soggetto attuatore e delle modalità per l erogazione delle tariffe incentivanti degli impianti fotovoltaici, in attuazione dell articolo 9 del decreto del ministro delle attività produttive, di concerto con il ministro dell ambiente e della tutela del territorio, 28 luglio 2005 Gazzetta Ufficiale n.234, 7 Ottobre 2005 Individua il GRTN (ora GSE) quale soggetto attuatore per l erogazine delle tariffe incentivanti Delibera AEEG n. 40/06 Modificazione e integrazione alla deliberazione dell Autorità per l energia elettrica e il gas 14 settembre 2005, n. 188/05, in materia di modalità per l erogazione delle tariffe incentivanti degli impianti fotovoltaici Gazzetta Ufficiale n. 70, 24 Marzo 2006 Individua le modalità per l erogazione delle tariffe incentivanti degli impianti fotovoltaici Delibera AEEG n. 28/06 Condizioni tecnico-economiche del servizio di scambio sul posto dell energia elettrica prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili di potenza nominale non superiore a 20 kw, ai sensi dell articolo 6 del decreto legislativo 29 dicembre 2003, n. 387 Gazzetta Ufficiale n. 55, 7 marzo 2006 Stabilisce le condizioni tecnico-economiche del servizio di scambio sul posto per impianti rinnovabili < 20kW Nuovo Decreto Conto Energia, Febbraio 2007 Criteri per l incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare. In attesa di pubblicazione Stabilisce criteri per l incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare. Modifica il precedente Decreto 6 Febbraio 2006 Tabella 2: Le principali normative per il fotovoltaico

10 Solare Fotovoltaico IL CONTO ENERGIA L aspetto interessante dei contratti disciplinati dal conto energia è la riduzione del rischio associato agli investimenti, grazie ad un contratto ventennale a condizioni fissate. Si riportano di seguito le condizioni di accesso alle tariffe incentivanti stabilite dal nuovo decreto Conto Energia approvato in data 14 Febbraio 2007 e in attesa di pubblicazione sulla Gazzetta Ufficiale. L incentivazione per la produzione elettrica da fotovoltaico è erogata per 20 anni per impianti la cui domanda sia stata inoltrata al Gestore dei Servizi Elettrici (GSE) da persone fisiche e giuridiche, compresi i soggetti pubblici e i condomini di unità abitative e/o di edifici. Coloro che intendono installare un impianto dovranno inoltrare al GSE il progetto preliminare e la richiesta di concessione della tariffa incentivante. Possono accedere alle tariffe incentivanti, riconosciute a tutta l energia prodotta autoconsumata e ceduta alla rete, esclusivamente gli impianti fotovoltaici di potenza nominale superiore a 1 kw, collegati alla rete elettrica, che siano entrati in esercizio in data successiva all emanazione da parte dell AEEG dei provvedimenti attuativi del nuovo decreto : a seguito di nuova costruzione a seguito di rifacimento totale (intervento impiantistico tecnologico eseguito su un impianto entrato in esercizio da almeno venti anni che comporti la sostituzione con componenti nuovi almeno di tutti i moduli fotovoltaici e del gruppo di conversione della corrente continua in corrente alternata) a seguito di potenziamento (intervento tecnologico eseguito su un impianto entrato in esercizio da almeno cinque anni, tale da consentire una produzione aggiuntiva), limitatamente alla produzione aggiuntiva ottenuta a seguito dell intervento di potenziamento Il nuovo decreto del Febbraio 2007 ha posto l obiettivo nazionale di potenza da installare entro il 2016 a MW e il limite della potenza degli impianti che hanno diritto alla tariffa a MW. L AEEG con la delibera n 188/05 ha individuato il GSE ( quale soggetto attuatore che valuta le richieste di incentivazione e eroga le tariffe incentivanti. Le tariffe incentivanti sono state fissate in base a tre categorie di impianti (da 1 a 3kWp, da 3 a 20kWp e oltre 20kWp), a loro volta suddivisi in a) non integrati nell edificio o installati a terra, b) parzialmente integrati e c) integrati, come indicato nella tabella che segue, e sono costanti in moneta corrente in tutto il periodo di 20 anni. [3] Sono ammessi alle tariffe incentivanti anche gli impianti realizzati nel rispetto dei precedenti decreti Conto Energia che non beneficiano delle tariffe previste dai precedenti decreti, purché facciano domanda di ammissione agli incentivi entro 90 giorni dall entrata in vigore del provvedimento dell AEEG di attuazione dl nuovo Contro Energia. [4] In aggiunta agli impianti che concorrono al raggiungimento della potenza elettrica cumulativa di 1.200MW, hanno diritto alle tariffe incentivanti e al premio tutti gli impianti che entrano in esercizio entro quattordici mesi dalla data, comunicata dal GSE sul proprio sito internet, nella quale verrà raggiunto il limite di potenza di 1200 MW. Il predetto termine di quattordici mesi è elevato a ventiquattro mesi per i soli impianti i cui soggetti responsabili sono soggetti pubblici.

11 Potenza nominale dell impianto P (kw) Non integrati e al suolo ( /kwh) Parzialmente integrati ( /kwh) Integrati ( /kwh) 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 L energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici, realizzati in conformità al nuovo decreto ed entrati in esercizio in ciascuno degli anni del periodo intercorrente tra il 1 gennaio 2009 e il 31 dicembre 2010, ha diritto alla tariffa incentivante, decurtata del 2% per ciascuno degli anni di calendario successivi al Le tariffe incentivanti per gli impianti che entrano in esercizio negli anni successivi al 2010 saranno definite con successivi decreti. Sono previsti inoltre dei premi per impianti fotovoltaici abbinati ad un uso efficiente dell energia: la tariffa è incrementata di una percentuale pari alla metà della riduzione dei consumi ottenuta con specifici interventi di riqualificazione energetica (con un limite massimo del 30% di maggiorazione della tariffa incentivante riconosciuta all impianto). La bozza di decreto inoltre introduce una semplificazione dei procedimenti burocratici demandando all Autorità per l Energia il compito di definire le modalità e le tempistiche secondo le quali il gestore di rete comunica il punto di consegna ed esegue la connessione dell impianto alla rete elettrica. VENDITA DELL ELETTRICITÀ ALLA RETE E INCENTIVI ALLA GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA IMPIANTI FOTOVOLTAICI Per questa sezione si veda la scheda Incentivi alla produzione di energia elettrica e termica da impianti alimentati a fonti rinnovabili Le tariffe incentivanti sono aumentate del 5% nei seguenti casi: impianti non integrati di taglia superiore a 3MW in cui l aventi diritto alle tariffe incentivanti sia un autoproduttore (come definito dal D.Lgsl. 79/1999) impianti realizzati da scuole, ospedali e piccoli comuni gli impianti integrati in superfici esterne degli involucri di edifici, fabbricati, strutture edilizie di destinazione agricola, in sostituzione di coperture in eternit o contenenti amianto; ESEMPI DI APPLICAZIONE TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA L installazione dei pannelli fotovoltaici risulta oggi economicamente interessante anche alle latitudini del nord Italia, grazie all incentivazione del Conto Energia. Il costo dell investimento è adeguatamente ripagato se si accetta un orizzonte temporale di 20 anni, pari al contratto incentivato. È un tempo adeguato se si pensa all impianto fotovoltaico come parte dell immobile, considerando che la vita attesa di una costruzione è

12 Solare Fotovoltaico decisamente superiore, come testimonia il fatto che si accettano tempi di ritorno ben maggiori sugli acquisti immobiliari. Gli esempi riportati mostrano la redditività di due investimenti tipici per la zona di Padova, con dimensioni di impianto diverse e quindi costi di investimento differenti. Il dato che emerge è il sostanziale interesse per l investimento quando si disponga del Conto Energia, senza il quale i tempi di ritorno sono troppo lunghi anche per l investitore più motivato. Per le tariffe incentivanti si fa riferimento al Decreto 6 febbraio Esempio 1: Applicazione ad un utenza familiare (famiglia media 4 persone abitante nella provincia di Padova) Taglia impianto 1,5 kwp Consumo medio annuo utenza familiare 4000 kwh Costo dell impianto 6500 /kwp Costo dell impianto (totale) Area di captazione 10 m2 Rendimento 15% Ore funzionamento 1150 Produzione di energia 1725 kwh/anno Tempo di vita dell impianto 20 anni Tasso di sconto 4% Costo manutenzione, assicurazione e contabilizzazione energia 120/anno Premio conto energia 0,445 /kwh Valorizzazione energia prodotta (mancato acquisto dalla rete) 0,18 /kwh Con premio Conto Energia Senza Premio Conto Energia Tempo ritorno investimento: 10 anni > 25 anni VAN TIR 7,5% < 0 Rata annua mutuo Ricavo annuo premio conto energia Mancato acquisto energia elettrica

13 Esempio 2: Applicazione ad un utenza commerciale Taglia impianto 20 kwp Costo dell impianto 5750 /kwp Costo dell impianto (totale) Area di captazione 133 m2 Rendimento 15% Ore funzionamento 1150 Produzione di energia kwh/anno Tempo di vita dell impianto 20 anni Tasso di sconto 4% Costo manutenzione, assicurazione e contabilizzazione energia 2 /m2 anno Premio conto energia 0,445 /kwh Valorizzazione energia prodotta (mancato acquisto dalla rete) 0,15 /kwh Con premio Conto Energia Senza Premio Conto Energia Tempo ritorno investimento: 9,4 anni > 25 anni VAN TIR 8,6% < 0 Rata annua mutuo Ricavo annuo premio conto energia Mancato acquisto energia elettrica L investimento FV può essere finanziato interamente con capitale di debito, con copertura delle rate di pagamento con il premio del Conto Energia. I costi di investimento sono alti a motivo della alta richiesta di pannelli FV e della scarsa maturità dell industria; è facile prevedere una contrazione nel medio periodo (2008 9). 11

14 Solare Fotovoltaico Riferimenti [1] [2] [3] [4] Graphic Design: PST Galileo Stampa: Aprile

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16 E un iniziativa di: In collaborazione con: UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PADOVA