LUCANTONIO BRUNO Ingegnere energy manager.

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1 LUCANTONIO BRUNO Ingegnere energy manager

2 PORTALE CORSI COSENZA CORSI FORUM DI SUPPORTO AREA RISERVATA NEWS PROFESSIONALI

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5 corso fotovoltaico 2013 PSW 1245

6 GREEN ECONOMY I numeri di un settore in continua crescita SStrumento di sviluppo il sostenibile ibil basato b sulla ll valorizzazione l i i del d l capitale economico (investimenti /ricavi), del capitale naturale (risorse primarie e impatti ambientali) e del capitale sociale (lavoro e benessere) così come lo sviluppo sostenibile è basato sulle tre dimensioni, economia, società e ambiente. Strumento da applicare a tutti i settori della produzione di beni e servizi, oltre che per la conservazione e l utilizzo l utilizzo sostenibile delle risorse naturali, agli stili di vita e approcci culturali ai fini di una transizione verso un nuovo modello di sviluppo in grado di garantire un migliore e più equo benessere per tutto il genere umano nell ambito dei limiti del pianeta.

7 I numeri di un settore in continua crescita In controtendenza con lo scenario attuale, in tutta Europa il settore Energia non sembra temere la Europa, crisi né finanziaria né occupazionale In Europa possono contare circa 3,4 milioni di p si p posti di lavoro nell eco industria, circa l 1,5% dell intera dell intera forza lavoro europea: un contributo che supera quello dell industria automobilistica, della chimica o del sistema moda. moda

8 PMI europee che impiegheranno almeno un green job nel 2014 Fonte: Commissione Europea, Eurobarometer Survey, 2012

9 Fonte: rapporto green italy 2012

10 Viste anche le diverse strutture imprenditoriali, se nel Meridione la buona performance è ascrivibile q quasi esclusivamente all orientamento ggreen delle imprese p minori Fonte: rapporto green italy 2012

11 PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA

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13 ...A BREVE TERMINE RISPARMIO ENEGETICO SOLARE TERMICO IMPIANTI FOTOVOLTAICI POMPE DI CALORE BIOMASSE / BIOGAS

14 ...A MEDIO TERMINE EDILIZIA BIO CASE LEGNO MOBILITA ELETTRICA FEN SHUI

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17 DESTINATARI Titoli di studio progettista di impianti FV: Periti appartenenti pp al settore industriale iscritti al relativo ordine; Ingegneri (e Architetti) appartenenti al settore industriale (magistrali e triennali N.O. e laureati V.O.) possono firmare qualsiasi impianto fotovoltaico; Ingegneri g g ((e architetti)) appartenente pp al settore civile ambientale (triennali) possono firmare solo impianti fotovoltaici asserviti agli edifici, con potenza inferiore ai 20 KW

18 DESTINATARI Titoli di studio per responsabile tecnico dell impresa (progetti fino a 6 kw): Laurea in materia tecnica specifica (ad esempio Laurea in Ingegneria, Architettura, Fisica) Diploma Di l di scuola l secondaria d i superiore i con specializzazione i li i relativa al settore delle attività (ad esempio Diploma di Perito Industriale Meccanico o Elettrotecnico o Chimico) congiuntamente a un periodo di lavoro di almeno un anno continuativo alle dirette dipendenze di una impresa del settore

19 DESTINATARI Titoli di studio per responsabile tecnico dell impresa (progetti fino a 6 kw): Titolo o attestato di formazione p professionale congiuntamente a un periodo di lavoro di almeno due anni continuativi alle dirette dipendenze di una impresa del settore Prestazione lavorativa svolta alle dirette dipendenze di una impresa del settore, settore per un periodo non inferiore a tre anni, anni in qualità di operaio installatore con qualifica di specializzato. Attestato di formazione professionale congiuntamente a un periodo di lavoro di almeno due anni continuativi alle dirette di dipendenze d di una impresa i d dell settore.

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23 Elenco impianti IN ESERCIZIO al 27/01/2013 Ambito territoriale = Calabria Classe di potenza = Tutte Numero Impianti = Potenza Impianti = kw gse it/atlasole/

24 Elenco impianti IN ESERCIZIO al 20/09/2012 Ambito territoriale = Calabria ==> Cosenza Classe di potenza = Tutte Numero Impianti = Potenza Impianti = kw Elenco impianti IN ESERCIZIO al 27/01/2013 Ambito territoriale = Calabria ==> Cosenza Classe di potenza = Tutte Numero Impianti = Potenza Impianti = kw

25 h // l l / l l /

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27 IMPIANTO FOTOVOLTAICO

28 Prendiamo la definizione di impianto fotovoltaico contenuta nel quarto conto energia i i t ffotovoltaico impianto t lt i o sistema it solare l f t lt i è un fotovoltaico : impianto di produzione di energia elettrica mediante conversione diretta della radiazione solare solare, tramite ll'effetto effetto fotovoltaico; esso è composto principalmente da un insieme di moduli fotovoltaici piani, nel seguito denominati moduli, uno o più gruppi di conversione della corrente continua in corrente alternata e altri componenti elettrici minori; P i ddi id i i t fotovoltaico f t lt i in i tre t principali i i li Possiamo suddividere un impianto componenti. Esatto. Tre principali componenti. Generatore fotovoltaico Generatore Sistema di Conversione Linee elettrica e sistemi di protezione

29 Impianti Fotovoltaici MODULI STRUTTURE DI SOSTEGNO INVERTER

30 Impianti Fotovoltaici Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in due grandi famiglie: impianti "grid connect": sono impianti connessi ad una rete di distribuzione esistente e gestita da terzi; impianti "ad isola" (detti anche "stand alone ): non sono connessi ad alcuna rete di distribu distribuzione, ione, per cui sfruttano direttamente sul posto l'energia elettrica prodotta.

31 Oggii trasformare O f lla luce l solare l iin energia i elettrica l i non è solo possibile ma anche molto conveniente.

32 kw ( kilowatt ), kwh (kilowattora), kwp (kilowatt di picco) Nell sistema N it di misura i i t internazionale i l lla potenza t viene i misurata i t in W (watt) e nei suoi multipli kilowatt kw, megavatt MW e così via. A titolo informativo devi sapere che il watt equivale ad 1 joule al secondo 1 W = 1 J/s Quello che mi preme sottolineare è che con il watt misuriamo la potenza. Quindi quando parliamo di potenza, riferite al nostro impianto fotovoltaico, faremo riferimento al watt. Differente cosa è l'energia. Nel sistema internazionale l'unità di misura dell'energia è il kwh (kilowattora). Per definizione 1 kilowattora corrisponde alla potenza di 1000 watt esercitata per un'ora. L'energia elettrica viene appunto misurata in kwh e di conseguenza anche i consumi di energia elettrica vengono misurati in kwh.

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34 Per meglio capire la differenza facciamo un esempio. Supponiamo di utilizzare un elettrodomestico molto comune, comune un phon. Supponiamo che tale phon abbia una potenza di 800 W. Supponiamo pp di utilizzare tale phon p per 12 minuti. Quanta energia p g avremo consumato? Considerando d d che h 12 minuti corrispondono d a 0.2 ore, l'energia l' consumata sarà pari a 800W x 0,2 h = 160 Wh ovvero 0,16 kwh Riassumendo quindi la potenza viene misurata in kilowatt [kw], mentre l'energia viene misurata in kilowattora[kwh].

35 Nelle abitazioni solitamente vengono installati contatori con 3 kw di potenza, cosa significa? Il contatore limita la potenza che noi possiamo utilizzare. Ciò significa g che noi p potremmo utilizzare nella nostra abitazione contemporaneamente elettrodomestici, o qualsiasi altra utenza, con una potenza complessiva pari a 3 kw. Se tenessimo accesi tutti questi elettrodomestici per 1 ora avremmo consumato 3 kw x 1 h = 3 kwh. Ed è p proprio p tale energia g che dobbiamo remunerare al gestore elettrico. I consumi elettrici corrispondono quindi alla energia p elettrica utilizzata ed in nessun caso alla potenza.

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37 La potenza di un impianto fotovoltaico viene misurata in Wp watt di picco. Il watt di picco è un particolare tipo di watt, infatti misura si la l potenza ma in condizioni d prestabilite. bl Il watt di picco è la potenza teorica massima producibile dal generatore fotovoltaico fotovoltaico. Il Wp è la grandezza che caratterizza ogni modulo e sulla base della normativa IEC (1989), questo valore indica la p potenza erogata g da un modulo in condizioni standard ovvero: irraggiamento di 1000 W/m2 temperatura di cella di 25 C posizione del sole a 1,5 1 5 AM

38 La scelta della potenza dell impianto fotovoltaico non è collegata alla potenza nominale del contatore installato SSupponiamo i iinstallare t ll un impianto i i t fotovoltaico f t lt i da d 6 kwp. kw Tale impianto produrrà ogni ora, in condizione standard, 6 kwh

39 L'effetto fotovoltaico consiste nella conversione della radiazione solare in energia elettrica elettrica. Tale conversione avviene quando un flusso di energia luminosa investe un materiale semiconduttore opportunamente drogato drogato. Per drogaggio si intende l aggiunta al semiconduttore puro di piccole percentuali di atomi non facenti parte del semiconduttore stesso. stesso

40 Se il materiale semiconduttore, come comunemente accade, è il silicio, ili i introducendo i d d atomii di fosforo, f f sii ottiene i l formazione la f i di silicio di tipo "n, caratterizzato da una densità di elettroni liberi (cariche negative) più alta di quella presente nel silicio normale (intrinseco). La tecnica del drogaggio del silicio con atomi di boro porta, invece, al silicio di tipo "p" in cui le cariche libere in eccesso sulla ll norma sono di segno positivo. iti

41 Ponendo P d a contatto t tt due d cristalli i t lli di silicio, ili i uno di tipo ti P ed d uno di tipo N otteniamo una giunzione P N. Nella zona di contatto tra i due tipi di silicio, silicio detta "giunzione giunzione p p n" n, si ha la formazione di un forte campo elettrico.

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43 Ai fini del funzionamento delle celle, i fotoni di cui è composta la luce solare non sono tutti equivalenti: per poter essere assorbiti e partecipare al processo di conversione, conversione un fotone deve possedere un energia superiore a un certo valore minimo Eg (Per il Silicio Eg = 1,1, ev ), che dipende p dal materiale di cui è costituita la cella. In caso contrario, il fotone non riesce ad innescare il processo di conversione. f i in i grado d di liberare lib I fotoni cariche nel semiconduttore sono quelli avente lunghezza d onda inferiore a 1,1μm

44 CulnSe2 : Diseleniuro di Rame Indio [CIS] Si = Silicio GaAs = Arsenide di Gallio CdTe= Telluro di Cadmio Si( Si(amorph) h) = Silicio Sili i Amorfo A f

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46 Caratteristica Corrente Tensione Corrente Tensione La corrente di cortocircuito Isc è un parametro caratteristico della cella PV e aumenta con I'area della giunzione. La tensione a vuoto Uoc dipende essenzialmente dal materiale semiconduttore: i d per Ie I celle ll all silicio ili i Uoc U 0,5 0 5 V ,6 6V II punto di funzionamento della cella chiusa su una resistenza R è rappresentato dall'intersezione d ll retta della tt V = RI con la caratteristica correnle tensione correnle tensione della cella

47 Caratteristica Corrente Tensione Corrente Tensione Dipendenza della caratteristica della cella I V in funzione della t temperatura t di ffunzionamento i t

48 Caratteristica Corrente Tensione Corrente Tensione Dipendenza della caratteristica della cella I V in funzione u o e de dell irraggiamento agg a e to

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50 C ll fotovoltaiche Celle f t lt i h in i Silicio Sili i Le celle in silicio cristallino ((mono e p policristallino)) rappresentano pp circa il 90% del mercato fotovoltaico ; il resto e suddiviso tra celle a film sottile e celle di seconda e terza generazione. Una cella di un modulo al silicio monocristallino è costituita da un singolo cristallo ll di d silicio, l ill che h garantisce una massima conducibilità dovuta al perfetto allineamento degli atomi di silicio allo stato puro ed è realizzata a partire da un wafer la cui struttura cristallina è omogenea g (monocristallo) Il rendimento dei moduli al silicio monocristallino si aggira attorno al 14% 16% e le celle fotovoltaiche sono di colore blu scuro a forma ottagonale

51 C ll fotovoltaiche Celle f t lt i h in i Silicio Sili i Nelle celle al silicio policristallino, il wafer non è strutturalmente omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati; si ottiene riciclando componenti elettronici scartati,, ossia il cosiddetto scraps di silicio il quale viene rifuso per ottenere una composizione cristallina compatta. il rendimento di un modulo policristallino si aggira intorno all 13% 15% e le celle sono di colore blu intenso di forma quadrata

52 C ll fotovoltaiche Celle f t lt i h in i Silicio Sili i Il silicio ili i solidifica lidifi in i forma f di lingotto li tt cilindrico ili d i di monocristallo i t ll dal diametro cm con una lunghezza che può raggiungere i 200cm SSuccessivamente i il lingotto li viene i tagliato con speciali seghe a filo in fettine dette wafers con spessore di μm. A causa delle ridotte dimensioni si ha una estrema fragilità.

53 C ll a fil Celle film sottile ttil Uno strato semiconduttore di pochi micron viene depositato, tramite processi fisici e chimici, su di una superficie di supporto, donde il nome di celie a"film sottile" per distinguerle dalle celte a silicio cristallino che hanno uno spessore di centinaia di micron. Un risparmio di materiale semiconduttore è notevole. II supporto può essere anche flessibile e questo amplia il campo di applicazione delle celle a film sottile.

54 C ll a fil Celle film sottile ttil Le celle a film sottile utilizzano semiconduttori particolari, come il CdTe (tellururo di cadmio), il CIS (solfururo di indio e rame), il CIGS (solfururo di rame, indio e gallio) o, più frequentemente, il silicio amorfo. Nelle applicazioni dove e richiesta un'alta efficienza di conversione per 10 spazio limitato, limitato si utilizzano celle conversione. all'arseniuro di gallio (GaAs), Ie quali possono raggiungere una efficienza del 25%.

55 Effi i Efficienza delle d ll celle ll fotovoltaiche f t lt i h p di Cella Tipo Efficienza % Monocristallino l ll Policristallino CdTe (tellururo di cadmio) CIS (solfururo di indio e rame) rame indio e CIGS (solfururo di rame, gallio) Silicio amorfo 7 9 Arseniuro di gallio (GaAs) 25 %

56 C ll Collegamento t celle ll : Serie S i e Parallelo P ll l

57 M d li Fotovoltaici Moduli F t lt i i Una cella fotovoltaica eroga una potenza di qualche watt: troppo piccola per i comuni impieghi. Piu celle (uguali) vengono quindi collegate elettricamente e assemblate meccanicamente per formare un modulo, il quale costituisce il componente base, commercialmente djsponibile sul s l mercato, mercato per la realizzazione reali a ione di impianti fotovoltaici.

58 M d li Fotovoltaici Moduli F t lt i i La tensione totale del modulo è data dalla tensione delle celle collegate in serie (blocchi di celle ), la corrente invece è data dalla somma dei blocchi di celle collegati in parallelo.

59 M d li Fotovoltaici Moduli F t lt i i Le celle che costituiscono un modulo sono incapsulate con un sistema di assemblaggio che: isola elettricamente Ie celle verso II'esterno; esterno; protegge Ie celle dagli agenti atmosferici e dalle sollecitazioni meccaniche resiste ai raggi ultravioletti, alle basse temperature, agli sbalzi di temperatura e all' abrasione; smaltisce facilmente il calore, per evitare che!'aumento di temperatura riduca a potenza fornita dal modulo Tali proprietà devono permanere per la vita attesa del modulo (oltre i trenta anni)

60 M d li Fotovoltaici Moduli F t lt i i La sezione di un modulo standard in silicio cristallino è composta da: una lamina di protezione sui lato superiore esposto alla luce, luce caratterizzata da elevata trasparenza (il materiale pili utilizzato e il vetro temprato); p ); un materiale di incapsulamento; nei processi che utilizzano la fase di laminazione si impiega spesso il VinilAcetato di Etilene (EVA); un substrato di supporto posteriore (vetro, (vetro metallo metallo, plastica); una cornice metallica (telaio), usualmente in alluminio.

61 Le prestazioni di moduli diversi possono essere paragonate solo a parità di condizioni ambientali e di irraggiamento solare, da qui la necessità di stabilire a livello internazionale condizioni di prova standard (STC: Standard Test Conditions ) Le norme IEC/EN hanno assunto le seguenti condizioni di prova standard: p Irraggiamento solare ( sul piano del modulo ) : 1000W/mq Temperatura delle celle : 25 C distribuzione spettrale corrispondente ad AM = 1,5 Per ricavare i dati nominali, in particolare la caratteristica Corrente Tensione, il modulo viene posto in un simulatore solare, attrezzato con lampade allo xenon.

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63 Nella realtà impiantistica, i moduli funzionano spesso in condizioni ambientali differenti da q quelle standard. In p particolare la cella si trova ad operare a temperature diverse da quelle di 25 C. Si è perciò sentito il bisogno di introdurre la "temperatura della cella ll in i condizioni di i i operative i nominali" i li" (NOCT: ( Nominal i l Operating i Cell Temperature) per calcolare I'influenza della temperatura sulla potenza. potenza Tali condizioni operative nominali sono le seguenti: irraggiamento solare: 800 W/m2; temperatura ambientale (dell'aria): 20 C; velocità l i à dell'aria d ll' i suii retro del modulo: 1 m/s; modulo funzionante a vuoto. vuoto

64 Bassi valori della temperatura NOCT corrispondono ad una buona capacità della cella di smaltire lti calore l verso l esterno l t

65 La variazione percentuale di potenza ΔP (%) dovuta a una temperatura delle celle diverse da 25 C vale quindi dove CT è il coefficiente di temperatura

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68 Etichetta moduli fotovoltaici Ognii modulo O d l d deve di disporre di una targa t l ibil e indelebile leggibile i d l bil su cui devono essere riportati i seguenti dati: nome o simbolo del costruttore; tipo o numero di modello; numero di serie; polarita dei terminali o dei conduttori; massima tensione di esercizio per la quale il modulo è d tt ( 1000V) adatto classe di impiego del modulo; simbolo di classe II (per i moduli di classe A)

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70 Datasheet moduli fotovoltaici II costruttore del modulo deve inoltre fornire gli ulteriori dati necessari per l impiego dei moduli: tensione a vuoto Uoc; corrente di cortocircuito Isc; massima potenza Pmax, Pmax con indicazione delle tolleranze di produzione tensione e corrente nel punto di massima potenza (MPP) Umpp e Impp corrente nominale massima dei dispositivi di protezione contro Ie sovracorrenti abbinabili al modulo (in genere fusibili); numero massimo raccomandato di moduli collegabili in serie/parallelo temperatura della cella in condizioni operative nominali (NOCT); massima corrente inversa tollerata; coefficienti di temperatura per la tensione e la potenza.

71 S lt moduli Scelta d li ffotovoltaici t lt i i Efficienza del modulo Coefficiente di Temperatura Integrazione architettonica Sito ombreggiato Altre esigenze

72 Efficienza del modulo L efficienza di conversione di un modulo è il rapporto tra ll energia energia solare raccolta dalla superficie di un modulo e la potenza di picco prodotta. Tale rapporto viene espresso in p percentuale.

73 Efficienza del modulo Supponiamo innanzitutto di essere nelle condizioni standard STS, infatti come abbiamo visto i Watt di picco, fanno riferimento alla potenza prodotta in condizioni standard. Per semplicità supponiamo inoltre che il sole irradi una potenza di 1000 W/m2 e che la superficie del modulo sia di 1 m2. Quindi se il modulo producesse una potenza di 1000 Wpesso avrebbe una efficienza del 100% ((ovvero il massimo valore di efficienza possibile) infatti :

74 Quindi a parità di superficie produce di più un modulo a più alta efficienza. Conviene q p quindi acquistare q un modulo ad alta efficienza quindi? Dipende i d dalle d ll esigenze. i Quello che è sicuro che un modulo a più alta efficienza non produce più energia di un modulo a bassa efficienza.

75 Integrazione architettonica

76 Integrazione architettonica

77 Integrazione architettonica

78 Integrazione architettonica

79 Integrazione architettonica

80 Un inverter propriamente detto è un apparato elettronico in grado di convertire una corrente continua in una corrente alternata Tale l corrente alternata l d deve presentare delle d ll caratteristiche di ampiezza e frequenza adatte alla rete elettrica del distributore. distributore Perché Perché, occorre ricordarlo, oltre a poter utilizzare l energia prodotta, istantaneamente g elettrica p per gli usi e consumi propri, possiamo immettere in rete l energia superflua, l energia che non h in i particolari i l i momentii della d ll giornata i utilizziamo o utilizziamo in parte.