FOTOVOLTAICO. Dal sole tutta l energia che serve!

Transcript

1 Il FOTOVOLTAICO Dal sole tutta l energia che serve! 1

2 Indice L utilizzo dell energia solare Cos è un impianto fotovoltaico Dove può essere installato Quanta elettricità produce La durata di un impianto Autorizzazioni necessarie Quanto costa un impianto Incentivi per l installazione Il Net Metering (Scambio sul posto) La vendita di energia elettrica Gli strumenti di Finanziamento Assicurazione Leggi e delibere 2

3 Perché puntare all utilizzo dell energia solare il sole è una fonte di energia inesauribile. il sole è l unica fonte di energia esterna rispetto alle risorse disponibili sul nostro pianeta, fatta eccezione per l energia delle maree che però è incomparabilmente di minore entità ed attualmente ancora di difficile sfruttamento; l energia solare è distribuita in maniera molto più uniforme sul pianeta rispetto a tutte le altre attuali fonti energetiche; l energia solare che investe la Terra è circa volte superiore al fabbisogno energetico mondiale. L energia solare che investe in un anno una superficie di poco meno di 2 metri quadrati di suolo (Italia Centrale) equivale ai consumi elettrici annuali di una famiglia media (circa kwh) Cos è un impianto fotovoltaico E un impianto per la produzione di energia elettrica. La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente l energia solare incidente sulla superficie terrestre in energia elettrica, sfruttando le proprietà del silicio, un elemento semiconduttore molto usato in tutti i dispositivi elettronici. I principali vantaggi degli impianti fotovoltaici sono: assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante; risparmio di combustibili fossili; estrema affidabilità (vita utile superiore a 30 anni) costi di manutenzione ridotti; modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli). 3

4 La radiazione solare Greenwich Giugno Latitudine Declinazione d Longitudine Settembre / Marzo Dicembre Equatore 4

5 Andamento della radiazione solare giornaliera media annua al variare dell inclinazione della superficie captante, orientata a Sud. Località con latitudine 43,68 Nord 5

6 Profilo dei percorsi solari e della linea d orizzonte 6

7 Angoli di inclinaz. e di orientaz. di una superficie Tilt Sud 7

8 Tipologie di celle fotovoltaiche La maggior parte delle celle fotovoltaiche attualmente in commercio è costituita da semiconduttori in silicio per i seguenti motivi: Disponibilità pressoché illimitata (risorse del pianeta) Largo utilizzo nell industria elettronica (processi tecnologici di raffinazione, lavorazione e drogaggio ben affinati) Possibilità di riciclare gli scarti dell industria elettronica in quanto l industria fotovoltaica tollera concentrazioni di impurità tipicamente di (contro i valori di relativi all industria elettronica) Celle al silicio monocristallino Gemmazione e crescita cristallina Il silicio a cristallo singolo è ottenuto da un processo detto melting a partire da cristalli di silicio di elevata purezza che, una volta fusi, vengono fatti solidificare a contatto con un seme di cristallo. Il silicio solidifica nella forma di un lingotto cilindrico costituito da un unico cristallo del diametro di 13 20cm e lunghezza di circa 200cm; Taglio Il lingotto viene affettato con particolari seghe in wafers con spessore di m (spinto sfruttamento del lingotto contro un estrema fragilità dei wafers) Celle al silicio policristallino Forma - Il silicio policristallino è caratterizzato dalla presenza di più cristalli aggregati fra di loro con forme, dimensioni ed orientamenti differenti; Costi contenuti (rispetto al silicio monocristallino) Celle al silicio amorfo Forma Il semiconduttore, sotto forma di gas, è depositato in strati dell ordine di 10 m su qualsiasi superficie (tecnica dei film sottili); Tecnica della giunzione multipla Con il drogaggio differente di vari strati di silicio collegati in serie si ottengono celle con diverse sensibilità allo spettro solare. Il risultato si traduce in un maggior rendimento e resa energetica; Costi contenuti (rispetto al silicio policristallino) ma durata inferiore 8

9 Il Campo Fotovoltaico Il campo fotovoltaico è un insieme di moduli fotovoltaici opportunamente collegati in serie e in parallelo in per realizzare le condizioni operative desiderate CELLA MODULO MODULO PANNELLO 9

10 Il Campo Fotovoltaico PANNELLO STRINGA 10

11 Il Campo Fotovoltaico CAMPO STRINGA 11

12 Il Campo Fotovoltaico Nella fase di progettazione di un campo fotovoltaico devono essere effettuate alcune scelte che ne condizionano il funzionamento: Configurazione serie-parallelo dei moduli del campo (effetto di mismatch dovuto alla disomogeneità delle loro caratteristiche elettriche es.: in una serie di moduli la corrente è limitata dal modulo che eroga la corrente più bassa; in un parallelo la tensione è limitata dal modulo che eroga la tensione più bassa) Scelta della tensione di esercizio Scelta della strutture di sostegno Distanza minima tra le file dei pannelli per non avere ombreggiamento 12

13 Le principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici sono: impianti per utenze collegate alla rete in bassa tensione centrali fotovoltaiche,generalmente collegate alla rete in media tensione; impianti per utenze isolate dalla rete che prevedono l utilizzo di batterie; piccole reti isolate per l alimentazione di villaggi di limitata estensione non raggiunti dalla rete elettrica. Le due tipologie di impianti fotovoltaici collegati alla rete possono essere distinte in base alla loro potenza; fino a 20 kwp (kilowatt di picco) si parla di piccoli impianti, oltre si parla di centrali fotovoltaiche. 13

14 Impianti fotovoltaici con potenza non superiore a 20 kwp Tali impianti sono particolarmente indicati per installazione su immobili di privati cittadini, di attività commerciali e di piccole e medie aziende. L energia prodotta è generalmente destinata a ridurre i prelievi dalla rete ed i conseguenti costi sostenuti per la fornitura di energia elettrica. L esercizio richiede una limitata manutenzione e minimi oneri di gestione. Impianti fotovoltaici con potenza superiore a 20 kwp Tali impianti vengono realizzati principalmente da imprese interessate alla produzione di energia elettrica sia per l autoconsumo che per la vendita. I costi di gestione connessi all esercizio dell impianto crescono, arrivando a comprendere alcuni oneri fiscali e la gestione del contratto di vendita dell energia, mentre la manutenzione rimane comunque limitata. 14

15 COMPONENTI FONDAMENTALI Moduli fotovoltaici: sono i pannelli che ospitano le celle fotovoltaiche di silicio, che può essere monocristallino, policristallino o amorfo. Ogni modulo converte l energia solare incidente in energia elettrica in corrente continua. Inverter: è un dispositivo elettronico che consente di adeguare l energia elettrica prodotta dai moduli alle esigenze delle apparecchiature elettriche e della rete, operando la conversione da corrente continua a corrente alternata con una frequenza di 50 Hertz. Normalmente gli inverter incorporano dei dispositivi di protezione e interfaccia che determinano lo spegni mento dell impianto in caso di black-out o di disturbi di rete. 15

16 Sistema di controllo: è un dispositivo elettronico che comunica con l inverter e con eventuali sensori accessori. Mediante tale apparecchiatura è possibile tenere sotto controllo il funzionamento dell impianto, registrare le misure su un PC e visualizzare alcune grandezze caratteristiche su schermi o display luminosi. Misuratori di energia: sono gli apparati che sono installati sulle linee elettriche e misurano l energia che li attraversa, ad esempio sono utilizzati per conteggiare l energia prodotta dall impianto e quella immessa in rete. Quadri elettrici e cavi di collegamento: quadri, cavi, interruttori ed eventuali ulteriori dispositivi di protezione sono i componenti elettrici che completano l impianto. 16

17 Dove può essere installato I moduli fotovoltaici possono essere collocati sul tetto (sia piano che a falda) con il sistema di integrazione architettonica. La decisione in merito alla fattibilità tecnica si basa sull esistenza nel sito d installazione dei seguenti requisiti, che dovranno essere verificati in sede di sopralluogo: disponibilità dello spazio necessario per installare i moduli; corretta esposizione ed inclinazione della suddetta superficie. I moduli fotovoltaici in silicio amorfo a film sottile creano le condizioni ottimali per produrre energia elettrica sia su coperture piane, inclinate che su coperture a geometria variabile (nuove ed esistenti. assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento. Nei moduli fotovoltaici in silicio amorfo a film sottile i diodi di bypass integrati sono connessi ad ogni singola cella, permettendo ai moduli di produrre elettricità anche quando sono accidentalmente sporchi o fortemente ombreggiati. 17

18 Quanta elettricità produce La produzione annua di un impianto fotovoltaico può essere stimata attraverso un calcolo che tiene conto: della radiazione solare annuale del luogo; delle prestazioni tecniche dei moduli fotovoltaici, dell inverter e degli altri componenti dell impianto; delle condizioni operative dei moduli (con l aumento della temperatura di funzionamento diminuisce l energia prodotta, per il silicio mono o poli cristallino, mentre aumenta notevolmente per il silicio amorfo a film sottile in tripla giunzione. La potenza di picco di un impianto fotovoltaico si esprime in kwp(chilowatt di picco). Un (1) kwp in Italia produce: Nord circa 1200 KWh/anno Centro circa 1400 KWh/anno Sud circa 1600 KWh/anno 18

19 Il ciclo di vita di un impianto Nelle analisi tecniche ed economiche si usa accreditare l impianto di una vita complessiva di anni. Se si considerano separatamente i componenti economicamente più rilevanti, si ha: i moduli fotovoltaici hanno una durata di vita intorno ai anni. Generalmente la garanzia, fornita dai produttori sul mantenimento di tali prestazioni, arriva a coprire anni. Gli inverter, apparecchi ad elevata tecnologia, hanno una durata nel tempo abbastanza lunga, ma generalmente inferiore a quella dei moduli; il loro costo è relativamente contenuto. Un impianto fotovoltaico è un sistema completamente modulare, e la sostituzione di un qualsiasi componente è generalmente facile e veloce, a condizione che questa sostituzione sia prevista nella fase di progetto. 19

20 Autorizzazioni per l installazione Nei casi in cui l immobile non sia in una zona sottoposta a vincoli (di tipo ambientale; storico; artistico; paesaggistico ), l impianto fotovoltaico può essere installato senza alcuna autorizzazione; è sufficiente una semplice dichiarazione di inizio attività, come richiesto per qualsiasi tipo di lavoro di manutenzione straordinaria. Se si tratta di un edificio in costruzione è preferibile integrare l impianto fotovoltaico nella licenza stessa dell edificio in costruzione. Qualora l impianto sia installato in un area protetta, bisognerà richiedere all autorità competente sul territorio (l ente locale, l ente parco, la sovrintendenza ai beni culturali, ) un nulla osta. E sempre consigliato informarsi presso gli uffici comunali per verificare che non ci siano ulteriori problemi 20

21 Costi di un impianto fotovoltaico Il costo chiavi in mano per un installazione standard di un sistema da 1 kwp è pari a circa euro (IVA al 10% esclusa). La maggior parte del costo è dovuta all investimento in materiali, di cui i moduli rappresentano la percentuale più alta. Suddivisione dei costi per impianto chiavi in mano Moduli fotovoltaici 63% ca Sviluppo progetto 5% ca Montaggio 11% ca Inverter 13% ca Struttura 8% ca Una corretta preventivazione può essere fatta solamente a valle di un sopralluogo che valuti accuratamente le caratteristiche del sito d installazione. Questo perché il costo può variare, a seconda che l installazione avvenga su fabbricati nuovi o già esistenti, che la posa sia in sovrapposizione o integrazione della copertura, che si debbano sostenere spese per i permessi di costruzione, allacciamento alla rete, cavi che coprano grandi distanze (pannelli-inverter e inverter-quadro utente), utilizzo di attrezzature durante il montaggio (gru, impalcature). Il costo annuo di manutenzione e di assicurazione normalmente, nelle analisi economiche, si stima al massimo intorno all 1% del costo d impianto. In tale stima sono compresi anche gli eventuali costi di manutenzione straordinaria relativi alla sostituzione di alcuni componenti degli inverter, da prevedersi dopo il decimo anno. 21

22 Incentivi per l installazione In Italia, da settembre 2005, è attivo un meccanismo di incentivazione, definito Conto Energia per la produzione di energia elettrica mediante impianti fotovoltaici. A febbraio 2007 sono state introdotte radicali modifiche allo schema originario. La caratteristica fondamentale di questo sistema di incentivazione è quella di remunerare l energia prodotta dall impianto con una tariffa incentivante. In altre parole è come se lo Stato riconoscesse ai cittadini e alle aziende proprietari di impianti fotovoltaici un contributo sulla produzione di energia elettrica. Tale energia è misurata in kwh (chilowattora). La tariffa incentivante può essere concessa a tutti gli impianti fotovoltaici connessi alla rete elettrica nazionale o alle piccole reti rurali, e l ente predisposto ad erogare l incentivo è il GSE (Gestore dei Servizi Elettrici ex GRTN). Le modifiche introdotte a febbraio 2007 prevedono che la richiesta al GSE per la concessione della tariffa incentivante debba esser fatta immediatamente dopo l inizio del funzionamento dell impianto fotovoltaico (entrata in esercizio). L incentivo è concesso per una durata di 20 anni. L incentivo in conto energia può essere utilmente cumulato con uno tra i due seguenti benefici: i risparmi in bolletta del Net Metering (scambio sul posto) per gli impianti fino a 20 kwp; la vendita dell energia immessa in rete. Il valore dell incentivo nel 2007 e 2008 è determinato per fasce di potenza e per tipologia di installazione. Potenza nominale impianto Non integrati Parzialmente Integrati Integrati 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 22

23 Maggiorazioni delle tariffe incentivanti Hanno diritto ad una maggiorazione della tariffa del 5% gli impianti con potenza superiore a 3 kw e che soddisfano le seguenti condizioni: - appartengono alla tipologia Nessuna integrazione architettonica che consumano almeno il 70% dell energia prodotta; - impianti i cui moduli fotovoltaici, in fase di installazione, sono serviti per sostituire pannelli in Eternit; - impianti appartenenti a soggetti pubblici in un comune con meno di 5000 abitanti. - i titolari di impianti installati a servizio di edifici o unità immobiliari in regime di Net-Metering hanno il diritto ad una maggiorazione della tariffa fino al 30% se dopo l installazione dell impianto fotovoltaico eseguono interventi di Efficienza Energetica producendo una Certificazione che dimostri la riduzione dei consumi (elettrici e termici). 23

24 Il Net Metering (scambio sul posto) Il Net Metering o scambio sul posto è un meccanismo che regola l immissione ed il prelievo dell energia elettrica dalla rete. E un servizio erogato dalla società elettrica che esegue l allacciamento dell impianto fotovoltaico alla rete pubblica. Possono giovare di questo sistema tutti gli impianti allacciati alla rete che producono energia elettrica mediante l utilizzo di fonti rinnovabili e che hanno una potenza compresa tra 1 e 20 kwp, per tutta la durata di vita utile dell impianto. Il funzionamento è il seguente: l energia (kwh) prodotta dall impianto e non assorbita dalle utenze elettriche (lampade, elettrodomestici, macchinari) viene immessa in rete e misurata da un apposito contatore. Alla fine dell anno la società elettrica effettua un conguaglio tra energia assorbita ed energia immessa; al cliente viene rimborsata una quota dell energia assorbita pari a quella immessa in rete durante l arco dell anno. Non è prevista alcuna remunerazione dell eventuale saldo positivo d energia immessa in rete, risultante dal conguaglio annuale, ma questa quantità di energia elettrica può essere portata a credito per gli anni successivi, fino ad un massimo di tre anni. Se l impianto è sovradimensionato rispetto ai consumi ed il credito è sistematico, esso viene di fatto perduto. Lo scambio sul posto (Net Metering) può essere cumulato con il beneficio proveniente dal meccanismo di incentivo in conto energia. 24

25 La vendita di energia elettrica La parte di energia elettrica prodotta dall impianto fotovoltaico che non viene consumata dalle utenze (illuminazione, elettro-domestici, macchine, ecc viene ceduta alla rete elettrica di distribuzione. Tale quota di energia può essere venduta alla società elettrica ad un prezzo stabilito dalla Autorità dell Energia Elettrica e del Gas. Per poter vendere energia elettrica è necessario: - avere una Partita IVA; - stipulare ogni anno una convenzione con la società elettrica che ha un costo variabile in funzione dell energia venduta; - espletare le pratiche per l officina elettrica (solo per gli impianti >20kWp). La vendita dell energia elettrica esclude la possibilità di beneficiare del servizio di Scambio sul posto (Net Metering). 25

26 Vendita dell energia o Scambio sul posto? Il proprietario di un impianto con potenza da 1 a 20 kwp ha dei benefici economici maggiori nello scegliere il servizio di Scambio sul posto, se la quantità di energia elettrica prodotta dall impianto non supera i propri consumi su base annua. Con lo Scambio sul posto si semplificano inoltre tutti gli adempimenti amministrativi ed i costi connessi Valutazioni sul ritorno dell investimento Prendendo come esempio un impianto di 3 kwp installato sul tetto di un edificio con le seguenti caratteristiche: costo chiavi in mano : euro + IVA (10%); ricavi da incentivo: 0,49 euro per kwh prodotto (fino al 20 anno); risparmio sulla bolletta elettrica: 0,18 euro per kwh consumato per tutta la vita utile dell impianto (Scambio sul posto) ipotesi consumo famiglia 3000 kwh/anno; costi di manutenzione: 100 euro/anno costi esercizio: 55 euro/anno Tempo di ritorno 8-10 anni a seconda della posizione 26

27 Comune di Camisano Vicentino 27

28 ENEA - Grande Progetto Solare Termodinamico Calcolo della radiazione solare globale giornaliera media mensile (Rggmm) su superficie inclinata dal sito ENEA - ATLANTE ITALIANO della RADIAZIONE SOLARE ( w w.solaritaly.enea.it/calcrggmmincl/) Media quinquennale Dati di input: Località: CAMISANO VICENTINO (VI) Coordinate della località: - latitudine: 45 31'23" - longitudine: 11 41'51" - elevazione: 23 mt s.l.m. Orientazione della superficie: - azimut solare: 0 - inclinazione: 32 Coefficiente di riflessione del suolo (albedo): - 0 Modello per il calcolo della frazione della radiazione diffusa rispetto alla globale: ENEA-SOLTERM UNI 8477/1 Mese Ombreggiamento Rggmm su sup.incl. kwh/m 2 Rggmm su sup.incl. kwh/m 2 Gennaio assente 2,67 2,8 Febbraio assente 3,54 3,67 Marzo assente 4,56 4,68 Aprile assente 5,05 5,11 Maggio assente 5,53 5,55 Giugno assente 5,82 5,82 Luglio assente 5,94 5,95 Agosto assente 5,43 5,48 Settembre assente 4,71 4,79 Ottobre assente 3,54 3,65 Novembre assente 2,75 2,87 Dicembre assente 2,03 2,13 Radiazione globale annua sulla superficie inclinata (anno convenzionale di 365,25 giorni):

29 Resa energetica a Camisano Vicentino Ipotesi: ENEA UNI - irraggiamento annuo potenza moduli Wp superficie moduli m 2 1,28 - superficie totale celle: m 2 1,11 - efficienza moduli: % 13,7 - efficienza impianto: % (BOS) 85 Energia el. annua producibile per 1,28 m 2 (kwh): 204,1 207,7 (1) Energia el. producibile per Wp (kwh/wp): 1,166 1,187 (2) Energia el. producibile per kwp (kwh/kwp): NOTE: (1) - Irraggiamento annuo x superficie captante celle x efficienza moduli x efficienza impianto (2) - Energia annua producibile / potenza moduli 29

30 Resa economica a Camisano Vicentino (Tab. ENEA: kwh/kwp)) Non Int. Parz. Int. Integrato 3 kwp Conto Energia 0, ,20 0, ,12 0, ,02 Scambio sul Posto 0,18 629,64 0,18 629,64 0,18 629, , , ,66 Costo impianto , , ,00 Rientro invest. (anni) 9,6 9,0 8,3 20 kwp Conto Energia 0, ,60 0, ,40 0, ,20 Scambio sul Posto 0, ,60 0, ,60 0, , , , ,80 Costo impianto , , ,00 Rientro invest. (anni) 8,9 8,3 7,8 100 kwp Conto Energia 0, ,00 0, ,00 0, ,00 Cessione in rete 0, ,4 0, ,4 0, , , , ,40 Costo impianto , , ,00 Rientro invest. (anni) 12,1 10,9 9,9 Note: 1. Per lo Scambio sul Posto si suppone il consumo di tutta l energia prodotta ad un costo attuale di 0,18 /kwh. 2. Per la Cessione in Rete si è considerato un prezzo medio di vendita di 0,090 /kwh. 30

31 Gli strumenti di Finanziamento e Assicurazione La realizzazione di un impianto fotovoltaico comporta un esborso di denaro che viene compensato nel corso di alcuni anni. Per limitare tale esborso è possibile utilizzare uno dei finanziamenti a hoc concesso da un istituto bancario convenzionato. Se si utilizzano tali strumenti è possibile pagare l impianto mediante delle rate, normalmente semestrali, che vengono parzialmente o totalmente coperte dagli utili derivanti dall esercizio dell impianto fotovoltaico e dai risparmi sulla bolletta elettrica. Mediante queste convenzioni si possono ottenere dei finanziamenti con caratteristiche vantaggiose, appositamente studiate per l installazione di impianti fotovoltaici. Un ulteriore strumento è costituito da prodotti assicurativi dedicati ad impianti fotovoltaici. La caratteristica principale di tali assicurazioni è quella di coprire anche il rischio derivante dalla mancata produzione e quindi dalla perdita dell incentivo del Conto Energia oltre ai rischi derivanti da eventi dolosi, catastrofici e guasti. 31