TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA

Transcript

1 TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA Tecnologia e impiego La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare la radiazione solare direttamente in energia elettrica, attraverso il cosiddetto effetto fotovoltaico; tale effetto si basa sulla proprietà di alcuni materiali semiconduttori, quali il silicio, il tellururo di cadmio, l arsenurio di gallio, etc. (figura 1), che sono in grado di generare una tensione continua che viene poi trasformata in corrente alternata da un inverter (apparato elettronico in grado di convertire una corrente continua in una corrente alternata). Attualmente, i moduli commerciali sono esclusivamente in silicio, perché il loro impiego è più vantaggioso rispetto ad altri materiali (figura 2). Il dispositivo elementare di un modulo fotovoltaico è la cella fotovoltaica (figura 3), che produce circa 1,5 Watt in condizioni standard (T=25 C e radiazione=1000 W/m 2 ). Un modulo fotovoltaico ha una superficie di circa 0,5-1,5 m 2. Con l attuale tecnologia non è opportuno costruire moduli di maggiori dimensioni, a causa delle grosse perdite di prestazioni che l intero modulo potrebbe subire, tra cui quelle dovute all ombreggiamento parziale 1 di una sua singola cella. La superficie occupata dai modelli commerciali monocristallini si aggira intorno agli 8 m²/kwp. Per i moduli in silicio amorfo la superficie sale anche a 16 m 2 /kwp, con un rendimento maggiore variabile dal 5% al 20% rispetto ai precedenti. Il campo fotovoltaico è un insieme di moduli fotovoltaici collegati in serie (stringhe) o in parallelo (figura 3). Figura 1-Moduli fotovoltaici monocristallino Silicio cristallino policristallino amorfo Film sottile tellurio di cadmio altri (es. Arseniuro di gallio) 1 L ombreggiamento parziale di un modulo cristallino (es. a causa dell ombra di un albero, di un palo della luce, etc.) si ripercuote su tutta la stringa, per cui il rendimento dell impianto sarà influenzato dalla resistenza del modulo ombreggiato.

2 Figura 2 caratteristiche di alcuni semiconduttori alternativi al silicio Arseniuro di gallio Tellurio di gallio Seleniuro di rame, indio e gallio Rendimento della cella 28% 10% 12% Vantaggi Alta resistenza alle temperature Basso costo Molto stabile Svantaggi Tossico Scarsa disponibilità materiale Tossico Figura 3- struttura di un generatore fotovoltaico CELLA MODULO PANNELLO più moduli assemblati in una struttura comune STRINGA insieme di pannelli collegati insieme GENERATORE FOTOVOLTAICO Insieme di stringhe collegate in parallelo per ottenere la potenza voluta 2

3 I pannelli in silicio Il rendimento dei pannelli multi e monocristallino è costante nell arco di tempo di 20/25 anni e va dal 13/17% per il monocristallino, al 12/14% per il multi cristallino. Rispetto ad un pannello in silicio amorfo (forma non cristallina del silicio), il multicristallino ha un rendimento doppio, ma con un costo più alto per ogni Watt producibile. Per produrre i moduli fotovoltaici mono-multicristallini, infatti, viene spesa molta energia: ogni modulo impiega anche 3-6 anni (contro i circa 2-3 anni del prodotto in silicio amorfo) per restituire la sola energia che è stata impiegata per essere prodotto. Silicio monocristallino Silicio policristallino Silicio amorfo Rendimento dell amorfo rispetto al monocristallino: 3

4 Impianto fotovoltaico domestico Si tratta di impianti di impianti di piccole potenze (3-20 kw) installati sui tetti, il cui scopo principale è quello dell autoconsumo. Un impianto domestico può cedere alla rete elettrica locale la produzione da fonte rinnovabile e prelevare dalla stessa rete i quantitativi di elettricità nelle ore in cui l impianto non è in grado di produrre (es. la sera). In questo meccanismo, i benefici economici derivano dal risparmio in bolletta e dall incentivo alla produzione. 4

5 Impianti fotovoltaici installati a terra Diversamente da un impianto fotovoltaico domestico, che ha come finalità quella dell autoconsumo, quelli installati a terra (in genere su terreni agricoli), oltre ad avere potenze che spesso superano il megawatt, consentono la vendita dell energia prodotta: a) al gestore di rete, secondo tariffe predeterminate; b) sul mercato libero, attraverso contratti con grossisti, sulla base delle regole di mercato. Impianto fotovoltaico installato a terra. Nella foto in basso: ortofoto di un impianto realizzato su un terreno agricolo 5