I SISTEMI SOLARI FOTOVOLTAICI

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1 QuickTime e un decompressore sono necessari per visualizzare quest'immagine. I SISTEMI SOLARI FOTOVOLTAICI CORSO INTRODUTTIVO

2 IL SOLE FONTE DI ENERGIA Nel nucleo del sole avvengono incessantemente reazioni di fusione termonucleare a milioni di gradi. Liberano enormi quantità di energia sottoforma di radiazioni elettromagnetiche. Istante per istante, la superficie dell emisfero terrestre esposto al sole, riceve una potenza maggiore di TeraWatt, superiore di circa volte a tutta l energia usata dall umanità nel suo complesso.

3 DEFINIZIONE IRRAGGIAMENTO SOLARE Per irraggiamento solare si intende l intensità della radiazione elettromagnetica solare. Nell attraversare l atmosfera la radiazione solare si attenua, poiché in parte viene riflessa ed assorbita (soprattutto dal vapore d acqua e dagli altri gas atmosferici). La radiazione che prosegue viene parzialmente diffusa dall aria e dalle particelle solide in sospensione nell aria.

4 DEFINIZIONE DI RADIAZIONE SOLARE Per radiazione solare s intende l integrale dell irraggiamento solare su un periodo di tempo specificato [kwh/m2]. ( vedi sotto nello specifico ). Il Lavoro è il seguente, una radiazione diretta solare, associata all irraggiamento sulla superficie, da una radiazione diffusa e da una radiazione riflessa dal terreno e dell ambiente circostante in una data superficie, generano energia per i nostri fotovoltaici. D inverno e con il cielo coperto la componente diffusa è molto maggiore di quella diretta.

5 Energia riflessa

6 INCLINAZIONE E ORIENTAMENTO DEI PANNELLI Il massimo rendimento di un pannello solare si avrebbe qualora l incidenza dei raggi solari fosse sempre di 90. Nella realtà l incidenza della radiazione solare varia sia con la latitudine, sia nel corso dell anno con la declinazione solare. A causa dell inclinazione dell asse l altezza dello stesso, sull orizzonte, varia giorno per giorno. Il Sole si trova a 90 rispetto alla superficie terrestre (Zenit) all equatore nei due giorni d equinozio e lungo i paralleli dei tropici nei due giorni di solstizio.

7 INCLINAZIONE E ORIENTAMENTO CORRETTO DEI PANNELLI Nei pannelli installati a terra, la combinazione dell inclinazione e dell orientamento determina l esposizione dei pannelli stessi: γ β angolo di inclinazione (angolo di tilt) angolo di Azimut (angolo di scostamento rispetto al sud)

8 Irraggiamento diretto e diffuso

9 Esempi di irraggiamento indiretto

10 Fotovoltaico sulla Neve

11 IL PRINCIPIO FOTOVOLTAICO La tecnologia fotovoltaica permette la conversione della radiazione solare in energia elettrica. Un flusso luminoso investe un materiale fotosensibile (il silicio). Maggiore è la superficie, maggiore è la corrente generata L efficienza di una cella industriale varia dal 3% al 22% in funzione della tecnologia utilizzata.

12 IL MODULO FOTOVOLTAICO Un modulo è costituito da un sandwich formato da: Una lastra di vetro temprato di protezione con ottima trasmittenza e resistenza meccanica. (vengono testati con sfere di acciaio lanciate ) Un materiale di incapsulamento per evitare il contatto diretto vetro-cella. Spesso di utilizza il (Vinil Acetato di Etilene) che permette l isolamento dielettrico delle sottostanti celle. Celle. Un substrato di supporto posteriore (vetro, metallo, plastica, EVA) Una cornice di alluminio estruso e anodizzato (telaio) per resistere alla corrosione e sul retro si monta la cassetta di giunzione dei due cavi elettrici.

13 IL MODULO FOTOVOLTAICO

14 Spaccato di un pannello fotovoltaico

15 TIPOLOGIA DEI PANNELLI FOTOVOLTAICI MONOCRISTALLINO Omogeneo a cristallo singolo. Prodotto da cristallo di silicio di elevata purezza, con lingotto cilindrico. Vantaggi: alto rendimento (14-17%), rendimento stabile, tecnologia affidabile Svantaggi: maggiore quantità di energia necessaria per la fabbricazione, costo (3,2 /W)

16 TIPOLOGIA DEI PANNELLI FOTOVOLTAICI POLICRISTALLINO I cristalli delle celle si aggregano in forma ed orientamenti diversi. Lingotto prodotto da fusione e di forma di parallelepipedo. Vantaggi: rendimento (12-14%), costo inferiore di fabbricazione Svantaggi: sensibilità alle impurità nella fabbricazione, costo (2,8 /W)

17 TIPOLOGIA DEI PANNELLI FOTOVOLTAICI FILM SOTTILE Celle composte da materiale semiconduttore depositato, generalmente come miscela di gas, su supporti come vetro, polimeri, alluminio che danno consistenza fisica alla miscela. Vantaggi: costo (1,8 /W), ridotta influenza della temperatura, resa superiore con radiazione diffusa Svantaggi: maggiori dimensioni, costo struttura e tempo di montaggio

18 IL GENERATORE FOTOVOLTAICO Il collegamento elettrico fra le celle realizza il modulo fotovoltaico. I più diffusi racchiudono 36 celle disposte su 4 file parallele e collegate in serie. Un insieme di moduli collegati tra loro meccanicamente ed elettricamente formano un pannello, ossia una struttura comune ancorabile al suolo o ad un edificio.. Il collegamento elettrico in serie di pannelli forma una stringa. Il collegamento elettrico in parallelo di più stringhe realizza il generatore o campo fotovoltaico.

19 IL GENERATORE FOTOVOLTAICO

20 OMBREGGIAMENTI In un impianto fotovoltaico, può accadere che una parte di essi (una o più celle) venga ombreggiata da alberi, foglie che si depositano, camini, o da pannelli fotovoltaici installati nelle vicinanze. Un modulo è costituito da celle collegate in serie: In caso di ombreggiamento, una cella fotovoltaica smette di produrre energia e diventa un carico passivo interrompendo il flusso della corrente di tutte le altre celle. Una singola cella in ombra azzera cioè la potenza di tutto il modulo e di conseguenza di tutta la stringa cui il modulo appartiene.

21 CARATTERISTICHE ELETTRICHE DELLA CELLA FOTOVOLTAICA La curva tensione-corrente di una cella solare si modifica al variare dell irraggiamento. In particolare la corrente aumenta all aumentare dell irraggiamento. Attenzione alla Temperatura, prod. Max 25.!!!

22 TEMPERATURA DEI MODULI All aumentare della temperatura del modulo si ha una riduzione delle prestazioni dei pannelli in termini di potenza elettrica prodotta. Al fine di evitare quindi un eccessiva riduzione delle prestazioni è opportuno tenere sotto controllo la temperatura in esercizio cercando di dare ai pannelli una buona ventilazione che limiti la variazione di temperatura stessa su di essi. Cosi facendo si può ridurre la perdita di energia per effetto della temperatura (rispetto ai 25 C delle condizioni standard) ad un valore intorno al 7%.

23 TIPI DI IMPIANTI

24 SISTEMI FOTOVOLTAICI GRID-CONNECTED Gli impianti fotovoltaici grid-connected lavorano in regime di interscambio con la rete elettrica. L utenza consuma l energia elettrica prodotta dal proprio impianto. Nel caso in cui il sistema fotovoltaico produce più energia di quella richiesta dall utenza, tale energia può essere immessa in rete. Se l utenza richiede più energia di quella che l impianto è in grado di fornire, sarà la rete elettrica che garantirà l approvvigionamento dell energia elettrica necessaria.

25 Schema di immissione elettrica

26 INVERTER FOTOVOLTAICO Converte l energia elettrica prodotta sotto forma di corrente continua dall impianto fotovoltaico in corrente alternata da immettere direttamente nella rete elettrica. Immette in ogni istante tutta la potenza disponibile del campo Si sincronizza con la rete. Si disinserisce automaticamente in caso di mancanza di rete. Importante: affidabilità (garanzia: mediamente 5 anni).

27 ALCUNE DEFINIZIONI Watt (W): unità di misura della potenza nel sistema internazionale Watt di picco (Wp): unità di misura della potenza teorica. Indica la potenza erogata da un impianto, da un modulo o da una cella se sottoposti a condizioni standard di irraggiamento (1.000 W/m2) e temperatura (25 C). I prezzi dei moduli si basano sempre sul valore /Wp.

28 UNITA DI MISURA Kilowatt di picco 1 kwp = Wp Megawatt di picco 1 MWp = kwp = Wp

29 PRODUZIONE ENERGETICA ANNUA ATTESA L energia elettrica che un impianto fotovoltaico può produrre nell arco di un anno dipende soprattutto da: disponibilità della radiazione solare; orientamento ed inclinazione dei moduli; rendimento dell impianto fotovoltaico Poiché l irraggiamento solare è variabile nel tempo, per determinare l energia elettrica che l impianto può produrre in un fissato intervallo di tempo si prende in considerazione la radiazione solare relativa a quell'intervallo di tempo. Assumendo che le prestazioni dei moduli siano proporzionali all irraggiamento.

30 Dati pubblici irraggiamento medio, Italiano

31 IRRAGGIAMENTO GIORNALIERO

32 ESEMPIO IRRAGGIAMENTO MENSILE

33 IRRAGGIAMENTO IN ITALIA

34 ATLANTE SOLARE MONDIALE DELLA RADIAZIONE MEDIA SOLARE SUL PIANO INCLINATO 30 SUD [kwh/m2/giorno]

35 Foto installazioni di Fotovoltaici

36 Foto installazioni di Fotovoltaici

37 Installazione su tetti a forma di SHED

38 ESEMPIO 1 Se si vuole determinare l energia media annua prodotta da un impianto fotovoltaico, posto su piano orizzontale, di 3 kwp installato a Bergamo. Si suppone che il rendimento dei componenti d impianto sia pari a 0,75. Dalla tabella della norma UNI si ricava una radiazione media annuale di 1275 kwh/m2. Assumendo di essere nelle condizioni standard pari a 1 kw/m2, si avrà una produzione media annuale attesa pari a: Ep = 3 * 1275 * 0,75 = 3062 kwh

39 STRUTTURE DI SOSTEGNO Tipologie: Su tetto a falda Su tetti piani A terra

40 STRUTTURA DI SOSTEGNO A TERRA

41 MATERIALI DELLA STRUTTURA DI SOSTEGNO Supporti metallici - ferro verniciato: economici ma poco diffusi per la minor resistenza alla corrosione richiedono trattamento periodici; - acciaio zincato a caldo: miglior qualità, maggior costo, necessitano comunque di trattamenti seppure in misura minore; - acciaio inox o alluminio: più cari, senza manutenzione.

42 STRUTTURA IN ALLUMINIO

43 CAUSE DI DANNO IN UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO

44 FATTORI DI PERDITA DI UN IMPIANTO Energia solare diversa dalla energia catturata dai moduli Ombre, riflessioni, spettro, sporcizia sui moduli, orientamento Distorsione parametri elettrici nominale: effetto temperature, effetto basso irraggiamento, perdite effettive, guasti Cablaggio: cavi, morsetti, contatti, diodi serie Inverter: efficienza, guasti Uso improprio

45 IMPIANTI IN ESERCIZIO AL 25/02/2011

46 CHIUSURA COSI ABBIAMO SPIEGATO UN IMPIANTO DI PRODUZIONE FOTOVOLTAICA I PUNTI SALIENTI SONO TRE IL PRIMO LA MANUTENZIONE ORDINARIA DELLO STESSO LA SECONDA, SICURAMENTE IL LAVAGGIO DEI PANNELLI LA TERZA LA MANUTENZIONE STRAORDINARIA. GLI INVESTITORI SARANNO ATTENTISSIMI ALLE PERDITE CHE ESCONO DAL SALVADANAIO E NON RIENTRANO PIU IN ATTESA DEI NUOVI CLIENTI SALUTIAMO CORDIALMENTE