Produzione di energia elettrica da Fonti Rinnovabili fotovoltaico - eolico

Transcript

1 EcoConsult sas di Terlizzi Annamaria & C. Via Repubblica Italiana, Bitonto (BA) tel./fax P.IVA Produzione di energia elettrica

2 Pag. 2/10 FONTE FOTOVOLTAICA 1. Generalità sugli impianti fotovoltaici Un impianto fotovoltaico è un sistema di produzione di energia elettrica mediante conversione diretta in elettricità della radiazione solare incidente sulla superficie terrestre (effetto fotovoltaico); l impianto è costituito principalmente dal generatore fotovoltaico a celle e dal gruppo di conversione. L elemento base della conversione fotovoltaica è denominato cella le cui prestazioni sono influenzate prevalentemente dalla temperatura e dalla quantità di luce incidente. Un sistema fotovoltaico è composto da: moduli o pannelli fotovoltaici costituiti da celle; struttura di sostegno per installare i moduli sul terreno, su un edificio o qualsiasi struttura edilizia; gruppo di conversione o inverter; quadri elettrici, cavi di collegamento e locali tecnici per l alloggiamento delle apparecchiature. Le celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie e parallelo costituiscono i moduli fotovoltaici. I moduli, in generale con lo stesso orientamento, sono collegati in serie o parallelo e costituiscono le stringhe che forniscono potenza elettrica in corrente continua. La potenza di picco di un impianto fotovoltaico si esprime in kwp (chilowatt di picco), cioè la potenza teorica massima che esso può produrre nelle condizioni standard di insolazione e temperatura dei moduli (generalmente radiazione di 1000 W/m 2 a 25 C). Per accedere ai contributi del conto energia l impianto deve utilizzare moduli certificati secondo le norme CEI EN (per moduli in silicio cristallino) o CEI EN (per moduli a film sottile); la certificazione è rilasciata da laboratori accreditati per le specifiche prove, in conformità alla norma UNI CEI EN ISO/IEC La connessione alla rete degli impianti fotovoltaici è regolata dalla normativa CEI e dalla normativa CEI La connessione avviene in bassa tensione (BT) monofase per potenze nominali d impianto inferiori a 6 kw, in BT trifase fino a una potenza di 50 kw; per potenze superiori a 50 kw gli impianti vengono generalmente allacciati in media tensione (MT) attraverso l interposizione di un trasformatore.

3 Pag. 3/10 I titolari degli impianti di potenza nominale fino a 200 KW possono avvalersi del servizio di Scambio sul Posto stipulando una convenzione con il GSE (si può contemporaneamente immettere e prelevare energia nella/dalla rete). In ogni caso per tutti gli impianti è possibile cedere, parzialmente o totalmente, l energia prodotta con vendita diretta in borsa o ad un grossista, o ad attraverso il cosiddetto Ritiro Dedicato garantito dal GSE (ritiro a prezzo garantito). Per poter contabilizzare l energia prodotta dall impianto sono installati due contatori (in figura M1 e M2). Generalmente M1 è un contatore bidirezionale che misura l energia assorbita dalle utenze e l energia che dall impianto fotovoltaico fluisce verso la rete, M2 contabilizza la totale energia fotovoltaica prodotta che viene incentivata dal GSE. Fig. 1: Impianto fotovoltaico connesso alla rete

4 Pag. 4/10 2. Il progetto Per poter approntare un progetto è necessario conoscere: I consumi di energia dell utente Il contesto territoriale (Ubicazione, coordinate geografiche) Le superfici disponibili Gli ombreggiamenti I dati relativi all irraggiamento Fig. 2: Orientamento del sito Fig. 3: Irraggiamento solare in Italia

5 Pag. 5/10 Fig. 4: Stima della produzione elettrica. Esempio. Con questi dati è possibile stimare il fabbisogno energetico e progettare un impianto commisurato alle reali esigenze del cliente. Il progetto dell impianto fotovoltaico è corredato da un analisi economica volta a determinare il periodo di rientro dall investimento, l energia prodotta ed immessa in rete, il beneficio globale derivante dal sistema di incentivazione (conto energia). 3. Valenza ambientale Ogni installazione dà un contributo alla riduzione delle emissioni che causano il cosiddetto effetto serra ; infatti le fonti energetiche rinnovabili non generano emissioni inquinanti per l ambiente. Per ogni KWh (chilowattora, ovvero energia prodotta all ora) prodotto dall impianto fotovoltaico si evita l immissione in atmosfera di 0,531 kg di CO 2. Questo significa che, ad esempio, ipotizzando una vita utile dell impianto di 30 anni, un impianto di 3 kwp installato nella zona di Bari contribuirà ad evitare l immissione in atmosfera di circa 60 tonnellate di CO 2. L impianto fotovoltaico non comporta alcuna emissione di rumori e odori inquinanti. 4. Conclusioni La produzione di energia elettrica dal sole necessita di un approccio tecnico e professionale al problema. E buona norma, prima di procedere all acquisto di un impianto, condurre uno studio serio attraverso un audit energetico. Si tratta del principale strumento per conoscere la situazione energetica complessiva (lettura delle bollette energetiche, elaborazione di statistiche e grafici dettagliati). In questo modo si quantifica il problema e propongono soluzioni ad hoc.

6 Pag. 6/10 Infatti per ridurre la bolletta energetica potrebbe essere sufficiente ridurre gli sprechi attraverso un monitoraggio degli impianti, degli infissi, un piano di manutenzione, ecc. Se invece si rende necessaria l installazione di un impianto, un progetto preliminare si rende necessario per scegliere la migliore tipologia di impianto: l impianto a moduli, infatti, non rappresenta l unica soluzione alle sempre crescente domanda di energia. Ad esempio, se si prevede di sostituire l impermeabilizzazione, è possibile associarla alla produzione di energia elettrica. In che modo? Si posa sul solaio un pacchetto isolante che contribuisce a ridurre le dispersioni termiche. Dopo si posano due strati di guaina isolante ed infine uno strato di film fotovoltaico. I principali vantaggi di questo sistema sono due: è calpestabile (non toglie spazio sul terrazzo) e produce anche in condizione di luce diffusa. Nei centri storici delle nostre città, laddove l impatto visivo è importante e tutelato, è possibile ricorre alle tegole fotovoltaiche ; una soluzione più costosa e meno prestazionale (minore potenze per metro quadro), ma a volte l unica applicabile. Fig. 7: Esempio di impermeabilizzazione con film fotovoltaico. Fig. 8 tegole fotovoltaiche.

7 Pag. 7/10 FONTE EOLICA 1. Definizione e tecnologia eolica Il vento possiede una forza lavoro che può essere impiegata per compiere un'attività. Si tratta di una fonte rinnovabile utilizzata dall uomo da secoli, ad esempio per il trasporto marittimo, per far girare le macine dei mulini o per azionare le pompe idrauliche. I moderni generatori eolici, o aerogeneratori, sono macchine che convertono direttamente l energia cinetica del vento in energia elettrica. Possono essere realizzati impianti eolici di varie dimensioni, con uno o più aerogeneratori di altezza e potenza differente a seconda delle esigenze dell utenza e delle condizioni del sito di installazione. Una tipica macchina eolica è composta come di seguito descritto: Le pale della macchina sono fissate su un mozzo e, nell insieme, costituiscono il rotore. Il mozzo, a sua volta, è poi collegato ad un primo albero (albero lento) che ruota alla stessa velocità del rotore; l albero lento è collegato ad un moltiplicatore di giri, e quest ultimo ad un albero veloce che ruota invece con velocità più elevata. L albero veloce è quello che fa produrre energia al generatore elettrico vero e proprio, da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza. Sull albero veloce sono installati anche i dispositivi di sicurezza, come il freno per fermare e ridurre la velocità del rotore in caso di vento troppo forte. Tutto l insieme, detto navicella, è posizionato su una torre che può essere a traliccio o tubolare conica, ancorata al terreno o al solaio di copertura tramite un opportuna fondazione. L energia eolica può essere convertita in energia elettrica attraverso: 1. singole macchine con accumulo elettrico per insediamenti isolati non connessi alla rete; 2. gruppi di pochi aerogeneratori alimentanti reti locali; 3. centrali eoliche collegate generalmente alla rete elettrica in Media Tensione. La tipologia di aerogeneratore oggi più diffuso ha un pilone alto fino a 50 m ed una girante di diametro variabile da 40 e 60 m, in grado di produrre energia compresa tra 800 e 2000 kw ed è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di famiglie. Sono presenti sul mercato anche aerogeneratori di potenza e dimensioni più contenute, adatti per soddisfare le necessità di singole utenze. In tal caso si parla di mini-eolico, tecnologia adatta per le piccole utenze private e pubbliche. Generalmente si parla di mini-eolico quando le potenze elettriche degli aerogeneratori sono inferiori ai 50 kw di potenza nominale. Nel caso in cui gli impianti eolici siano connessi alla rete elettrica, vi sarà la necessaria presenza di una cabina di trasformazione mentre saranno previste delle batterie di accumulatori nel caso di impianti isolati.

8 Pag. 8/10 2. Informazioni generali Un aerogeneratore opera a seconda della forza e della continuità del vento: oggi sul mercato esistono impianti eolici che cominciano a girare anche a 2-3 m/s e producono potenza crescente con vento fino a 20 m/s. Al di sopra di tale velocità l impianto viene messo fuori servizio per ragioni di sicurezza. E importante considerare che la potenza nominale dell impianto è riferita ad una velocità media del vento, pertanto la produttività è fortemente legata a quanto tempo il vento medio sufficiente a produrre potenza spira durante l anno, e non alla velocità puntuale. Se un aerogeneratore rimane fermo per lungo periodo di tempo viene a mancare la produzione di energia elettrica e il periodo di ammortamento dell investimento può prolungarsi. 3. Vantaggi e svantaggi dell energia eolica La produzione di energia elettrica dal vento non produce alcuna emissione inquinante nell atmosfera. Inoltre è possibile effettuare un calcolo sul risparmio conseguibile utilizzando l energia eolica. Ovviamente per determinare con esattezza il risparmio derivante dall utilizzo di tale tecnologia, si deve conoscer quanto vento spirerà in un anno. Le previsioni più accurate possono farsi solo dopo avere raccolto una serie sufficiente di dati attraverso misurazioni strumentali (misure anemometriche). Solitamente si considera che, se c è vento a sufficienza per far funzionare l aerogeneratore per almeno ore alla potenza nominale, l investimento ha tempi di ritorno molto rapidi. Nell ipotesi di considerare ore di vento medio sufficiente l energia producibile annua è la seguente: 1 kwp = kwh 5 kwp = kwh 10 kwp = kwh 20 kwp = kwh

9 Pag. 9/10 Se questa energia viene immediatamente utilizzata (considerando gli impianti in isola), se consideriamo un prezzo medio del kwh di 0,17 si ha rispettivamente il seguente risparmio annuo: 1 kw = 340,00 5 kw = 1.700,00 10 kw = 3.400,00 20 kw = 6.800,00 Al risparmio si aggiunge il valore dell incentivo statale, regolato dal conto energia. Il boom che sta avendo negli ultimi anni in Europa lo sviluppo delle cosiddette Wind Farm (siti di produzione di energia eolica) ha inoltre notevolmente contribuito a ridurre i costi della tecnologia innescando così un effetto a catena, in parte sospinto dai contributi concessi a questi impianti, in parte frenato dalle difficoltà connesse al rilascio delle autorizzazioni e delle verifiche sull inserimento nell ambiente. Con questi presupposti i microsistemi (potenza di qualche kilowatt), per i quali non esistono grandi vincoli di installazione, sono in grado di produrre energia elettrica allo stesso modo, per continuità e potenza di picco, degli impianti. Un impianto ibrido, fotovoltaico + microeolico, potrebbe essere il migliore compromesso per produrre energia in maniera semplice e continuativa: infatti in zone con una ventosità media sufficiente e garantire la produttività dell impianto microeolico, si potrebbe produrre energia per tutto il giorno. Il potenziale del micro-eolico deriva inoltre dalle svariate applicazioni esistenti e dalla sua versatilità, oltre che dalla coscienza fra l opinione pubblica della validità di una forma di generazione elettrica distribuita, semplice e spesso conveniente. Possibili svantaggi, specie in ambito urbano, sono legati all impatto visivo e al rumore (per alcune tipologie di pale). 4. Gli incentivi previsti Il DM del 18/12/2008 ha previsto l introduzione di un incentivo statale per gli impianti mini-eolici connessi alla rete elettrica di distribuzione con potenza compresa tra 1 e 200 kw (tariffa onnicomprensiva). Tale incentivo erogato dal Gestore dei Servizi Elettrici (GSE), è pari a 0,30 per ogni kwh prodotto ed immesso in rete e ha la durata di 15 anni. Al termine dei 15 anni l energia prodotta potrà essere venduta sul mercato elettrico o più semplicemente al GSE tramite il meccanismo del Ritiro dedicato. In alternativa potrà beneficiare, previa apposita pratica al GSE, del meccanismo di Scambio sul Posto.

10 Pag. 10/10 5. Conclusioni L attuale tecnologia permette la progettazione e l installazione di impianti mini e micro eolici a costi relativamente contenuti. Il meccanismo incentivante (Conto Energia) rende ancora più conveniente l utilizzo delle energie rinnovabili. Nell esprimere una valutazione complessiva, tuttavia, è opportuno un approccio tecnico professionale prudente. Queste le variabili in gioco: accessibilità del sito (verifica delle proprietà e degli eventuali vincoli esistenti) studio anemologico (esposizione ai venti prevalenti, studio degli eventuali ostacoli, intensità e direzione del vento). Attualmente è possibile ricavare dati sulla ventosità da siti internet dedicati come ad esempio: La mappatura del territorio però risulta poco significativa poiché le stazioni di rilevamento distano tra di loro anche centinaia di km. E pertanto necessario condurre uno studio puntuale delle caratteristiche del vento. A tal proposito si ritiene di dover indicare alcuni parametri per il posizionamento delle stazioni di rilevamento: scegliere siti in prossimità della costa o - se nell entroterra - è necessario assicurarsi che non ci siano ostacoli nelle vicinanze; il posizionamento dell anemometro va fatto simulando le condizioni di installazione dell impianto eolico. Pertanto si suggerisce l installazione dell apparecchio di misura alla stessa altezza alla quale si prevede che sarà installata la pala eolica.