INTRODUZIONE AI SISTEMI FOTOVOLTAICI
TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA Sez. 1 Considerazioni generali Premessa Il sole è una fonte di energia inesauribile, almeno per le nostre prospettive temporali. L energia solare è distribuita in maniera molto più uniforme sul pianeta rispetto a tutte le altre attuali fonti energetiche, la radiazione che investe la terra è circa 15.000 volte superiore al fabbisogno energetico mondiale. Nel caso specifico dell Italia è stato stimato che l irraggiamento in un anno di una superficie pari a 2 metri quadrati di suolo equivale ai consumi elettrici annuali di una famiglia media (circa 3.000 KW/h). Il mercato fotovoltaico mondiale ha conosciuto negli ultimi anni un notevole sviluppo, passando dai 45 MWp del 1990 ai 290 MWp del 2000. Questo grande risultato è stato possibile grazie al parallelo sviluppo di due tipologie di applicazioni: gli impianti isolati e quelli installati sugli edifici ed integrati alla rete elettrica. Gli incrementi più elevati nella potenza installata sono stati senza dubbio quelli del Giappone, Stati Uniti e Germania; soprattutto grazie ai programmi di incentivazione da parte dello stato, che non solo hanno fornito sussidi ma (come nel caso della Germania) hanno comprato l elettricità in eccesso prodotta da tali impianti e riversata in rete ad un prezzo maggiore di quello di vendita dell elettricità tradizionale, come a voler premiare le caratteristiche ecologicamente compatibili di tale energia. In Italia dopo una fase di grande fermento nella prima metà degli anni 90, il mercato ha vissuto un forte rallentamento soprattutto per l assenza di adeguati meccanismi di incentivazione. Dal 2005 le cose iniziano a cambiare con il primo Conto Energia emanato il 28/07/2005, il quale definisce i criteri per l incentivazione dell energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici. Successivamente sono stati emanati altri due decreti; uno il 6 febbraio 2006 che integra il precedente, l ultimo del 19 febbraio 2007 e tuttora in vigore denominato Nuovo Conto Energia, del quale tratteremo in seguito. 2
Fonte G.S.E. 3
COS E 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 dei materiali semiconduttori come il silicio, elemento molto usato in tutti i dispositivi elettronici. I vantaggi degli impianti fotovoltaici sono i seguenti: Assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante; Risparmio di combustibili fossili; Affidabilità degli impianti poiché non esistono parti in movimento (vita utile superiore ai 25 anni); Costi di esercizio e manutenzione ridotti al minimo; Modularità del sistema (per aumentare la potenza dell impianto è sufficiente aumentare il numero dei moduli). Per contro gli svantaggi sono : Variabilità della fonte energetica (irraggiamento solare); Elevata superficie occupata rispetto alla potenza installata; Costo iniziale degli impianti. Le principali applicazioni a cui sono destinati riguardano impianti per utenze collegate alla rete elettrica di bassa tensione, centrali fotovoltaiche (collegate alla rete di media tensione), utenze che prevedono l utilizzo di batterie (rifugi, pozzi, sistemi di segnalazione stradale ecc ), villaggi di limitata estensione non raggiunti dalla rete elettrica. Gli impianti collegati alla rete denominati Grid Connected sono divisi principalmente in due categorie: Con potenza inferiore a 20 KWp: particolarmente indicati per installazione su immobili di privati cittadini, attività commerciali e piccole aziende. L energia prodotta è generalmente destinata a ridurre i prelievi dalla rete ed i conseguenti costi sostenuti per la fornitura di elettricità. L esercizio richiede una limitata manutenzione e minimi oneri di gestione. Con potenza superiore a 20 KWp : 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 poiché comprendono alcuni oneri fiscali relativi alla gestione del contratto di vendita dell energia, mentre la manutenzione rimane comunque limitata. 4
COMPONENTI DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO Moduli fotovoltaici; sono i pannelli che ospitano le celle fotovoltaiche di silicio, ogni modulo converte l energia solare incidente in energia elettrica sotto forma di corrente continua. Strutture di sostegno moduli; sono le strutture che sorreggono i moduli e, in caso di superficie piana, li orientano dando loro un inclinazione rispetto al piano orizzontale, in Italia di circa 30. Alcuni impianti utilizzano strutture di sostegno che cambiano inclinazione durante l arco della giornata, in modo da seguire il percorso del sole e prendono il nome di tracker o inseguitori. 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 ad alternata con frequenza 50 Hz. Misuratori di energia (contatori); sono degli apparati installati sulle linee elettriche per la misurazione dell energia che le attraversano. Il loro utilizzo riguarda la misurazione dell energia prodotta dall impianto e quella assorbita dalla rete di distribuzione. CONDIZIONI GENERALI PER L INSTALLAZIONE I moduli fotovoltaici possono essere collocati su tetto (sia piano che a falda), su facciata o a terra. La decisione in merito alla fattibilità si basa sull esistenza nel sito di installazione dei seguenti requisiti che dovranno essere verificati dal progettista: o Disponibilità dello spazio necessario per i moduli; o Esposizione a SUD (accettate anche SUD-EST, SUD-OVEST, con limitata perdita di produzione); o Inclinazione del modulo 30-35 ; o Assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento. COSTI DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO Il costo chiavi in mano per un installazione standard di un sistema da 1 KWp è pari a 6.500-7.000 euro (IVA 10% esclusa). La maggior parte della spesa è dovuta all investimento in materiali, di cui i moduli rappresentano la percentuale più alta. 5
Una corretta preventivazione può essere fatta solamente a valle di un sopralluogo che valuti accuratamente le caratteristiche del sito di installazione. Il costo annuo di manutenzione è generalmente basso, normalmente nelle analisi economiche intorno all 1% del costo d impianto. In tale stima sono comprese anche eventuali manutenzioni straordinarie dovute alla riparazione o sostituzione di qualche componente. TEMPI DI RECUPERO DEL CAPITALE INVESTITO In prima approssimazione si può stimare un tempo di ritorno dell investimento compreso tra 8 e 12 anni. Tuttavia bisogna tener conto che esso dipende da diverse variabili quali ad esempio: la quantità di radiazione solare disponibile (conseguenza della latitudine del sito di installazione e dell orientamento), il costo a KW dell impianto (variabile a seconda della potenza prodotta) e la valorizzazione dell energia prodotta (valore delle tariffe incentivanti e valore dell energia utilizzata). 6
PERCHE INVESTIRE NEL FOTOVOLTAICO 7
Esempio di impianto fotovoltaico per una famiglia media Energia elettrica consumata annualmente Impianto fotovoltaico 2.850 KWh 2,4 KWp Occupazione dei pannelli 20 m 2 Emissione annue di anidride carbonica CO 2 evitate 1480 kg Risparmi su bolletta elettrica 2.850 x 0,16 450 Incentivo G.S.E. (Gestore Servizi Elettrici) a seconda del tipo di installazione Da 1.300 a 1.500 /anno Costo impianto completo 15.800 + IVA 10% Rientro capitale In 9-10 anni Ciclo di vita dell impianto Nelle analisi tecniche ed economiche si usa accreditare l impianto di una vita complessiva di circa 30 anni. Considerando i singoli componenti, i moduli fotovoltaici hanno una durata di 30 anni, i produttori ne garantiscono l 80% dell efficienza per 25; l inverter, apparecchio ad elevata tecnologia, mediamente ha una durata di 12-15 anni ma il suo costo risulta relativamente contenuto. 8
Guida al conto energia D.M. del 19 Febbraio 2007 Sez. 2 Modalità di incentivazione 9
DEFINIZIONE DI CONTO ENERGIA Con l espressione Conto Energia si intende un meccanismo di incentivazione che remunera l energia elettrica prodotta da un impianto per un numero prestabilito di anni. L ente preposto all erogazione di tale incentivo è il G.S.E s.p.a. (Gestore Servizi Elettrici ) società di proprietà al 100% del Ministero Attività Produttive. Secondo la normativa attuale l incentivazione è erogata per un periodo di 20 anni. TIPOLOGIA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI CHE POSSONO BENEFICIARE DEL CONTO ENERGIA I requisiti di base previsti dal decreto per gli impianti solari fotovoltaici sono: - potenza nominale non inferiore a l KWp - essere collegati alla rete elettrica - essere realizzati con componenti di nuova costruzione - non beneficiare o non aver beneficiato delle tariffe incentivanti introdotte dai decreti interministeriali del 28 luglio 2005 e 6 febbraio 2006. Nel decreto vengono definite 3 tipologie di impianto a seconda del grado di integrazione architettonica o funzionale in strutture edilizie o elementi di arredo urbano: Impianti fotovoltaici "parzialmente integrati" I moduli non sostituiscono i materiali che costituiscono le superfici di appoggio ma sono posizionati sopra gli elementi di arredo urbano, superfici esterne di edifici, strutture edilizie. Sono installati: - su tetti piani e terrazze di edifici e fabbricati - in modo complanare alle superfici degli edifici su cui sono fissati (tetti a falda, coperture, facciate) o agli elementi di arredo urbano e viario 10
Esempio di posa retrofit 11
Impianti fotovoltaici "con integrazione architettonica" I moduli sono integrati in elementi di arredo urbano e viario, superfici esterne degli involucri di edifici, fabbricati, strutture edilizie di qualsiasi funzione e destinazione secondo le tipologie indicate in tabella: Tipologia specifica 1 2 Descrizione Sostituzione dei materiali di rivestimento di tetti, coperture, facciate di edifici e fabbricati con moduli fotovoltaici aventi la medesima inclinazione e funzionalità architettonica della superficie rivestita Pensiline, pergole e tettoie in cui la struttura di copertura sia costituita dai moduli fotovoltaici e dai relativi sistemi di supporto 3 Porzioni della copertura di edifici in cui i moduli fotovoltaici sostituiscano il materiale trasparente o semitrasparente atto a permettere l illuminamento naturale di uno o più vani interni 4 Barriere acustiche in cui parte dei pannelli fonoassorbenti siano sostituiti da moduli fotovoltaici 5 Elementi di illuminazione in cui la superficie esposta alla radiazione solare degli elementi riflettenti sia costituita da moduli fotovoltaici 6 Frangisole i cui elementi strutturali siano costituiti dai moduli fotovoltaici e dai relativi sistemi di supporto 7 Balaustre e parapetti in cui i moduli fotovoltaici sostituiscano gli elementi di rivestimento e copertura 8 Finestre in cui i moduli fotovoltaici sostituiscano o integrino le superfici vetrate delle finestre stesse 9 Persiane in cui i moduli fotovoltaici costituiscano gli elementi strutturali delle persiane 10 Qualsiasi superficie descritta nelle tipologie precedenti sulla quale i moduli fotovoltaici costituiscano rivestimento o copertura aderente alla superficie stessa 12
Esempio di integrazione architettonica 13
Impianti fotovoltaici non integrati Sono gli impianti con moduli ubicati al suolo o in modo non complanare alle superfici su cui sono posizionati o comunque installati con modalità diverse da quelle indicate sopra. Esempio di installazione non integrata 14
ILLUSTRAZIONE SCHEMATICA DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 15
GLI ATTORI DEL CONTO ENERGIA Soggetto responsabile è la persona fisica o giuridica responsabile dell'esercizio dell'impianto e che ha diritto, nel rispetto delle disposizioni del presente decreto, a richiedere e ottenere le tariffe incentivanti; Soggetto attuatore è il Gestore dei Servizi Elettrici - GSE Spa. Effettua l'erogazione dell'incentivo; Gestore di rete locale è il soggetto a cui è affidata la gestione della rete elettrica relativa alla località dove è installato l'impianto fotovoltaico. Al Gestore della rete vanno inviate le richieste relative alla connessione alla rete dell'impianto ed all'installazione dei contatori di misura dell'energia elettrica; Distributore locale è il soggetto che si occupa della fornitura di energia elettrica, può coincidere con il gestore di rete se ha anche la proprietà della rete di distribuzione a cui è allacciata l'utenza. Il distributore locale è anche Gestore contraente in quanto sottoscrittore del contratto per il servizio di "scambio sul posto". COME FUNZIONA L'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici ha diritto ad una diversa collocazione in relazione alla tipologia e potenza nominale dell'impianto. La tariffa incentivante è riconosciuta per un periodo di 20 anni e rimane costante in moneta corrente per tutto il periodo. Per impianti fino a 20 KWp di potenza sono possibili due opzioni: 16
CESSIONE IN RETE Questa opzione prevede la vendita dell'energia prodotta e non immediatamente utilizzata. In questo caso si ha: - un ricavo derivante dalla remunerazione dell'energia totale prodotta, fino a 0,46 /KWh; - un risparmio pari al valore dell'energia elettrica autoconsumata (circa 0,18 /KWh); - un ricavo derivante dalla vendita dell'energia elettrica prodotta e non autoconsumata. La cessione in rete in dettaglio In questo caso il soggetto oltre a percepire l incentivo dal G.S.E. (vedi tab. pag. 19) vende e fattura la quantità di energia prodotta al gestore di rete ad una tariffa fissata annualmente da AEEG. Questo può avvenire secondo le seguenti modalità: - Totale, l energia prodotta viene completamente venduta al gestore di rete locale con il quale si stipula un contratto (0,096 euro a KWh nel caso di E.N.E.L.), l impianto non ha utenze collegate (per es. un campo fotovoltaico); - Parziale, si ha un autoconsumo in tempo reale dell energia prodotta dall impianto, la parte in eccedenza viene venduta. Consumando durante il processo produttivo (es. nelle ore diurne), la quantità che l impianto fornisce copre il fabbisogno energetico dell utenza; nel caso la produzione ecceda, il surplus viene immesso in rete e venduto, annullando conseguentemente i costi di bolletta. Può verificarsi che i consumi superino la produzione, in questo caso si avrà solo l abbattimento parziale della spesa derivante dall acquisto di energia (la produzione viene scalata dal consumo totale). È opportuno puntualizzare che il ricavo derivante dalla vendita di energia è soggetto ad imposta in quanto considerato utile. Per impianti con potenza superiore a 20 KWp si applica solo la cessione in rete in quanto la legge non prevede scambio sul posto. Inoltre chi accede alla cessione in rete deve essere necessariamente possessore di partita iva, attivare una posizione UTF (Ufficio Tecnico di Finanza) configurandosi come Officina Elettrica. Prima di realizzare l impianto occorre richiedere tale qualifica all Ufficio di Finanza territorialmente competente, a realizzazione avvenuta esce il tecnico UTF a sigillare i contatori, il soggetto responsabile dovrà poi compilare gli appositi registri relativi alla energia prodotta. 17
SCAMBIO SUL POSTO Questa opzione prevede che l'impianto operi in regime di interscambio con la rete elettrica. Sostanzialmente durante le ore diurne l'utenza consuma l'energia elettrica prodotta dall'impianto fotovoltaico ed inietta in rete il surplus di produzione, mentre di notte o con luce insufficiente è la rete elettrica a fornire energia all'utenza. In questo caso si ha: - un ricavo derivante dalla remunerazione dell'energia totale prodotta, fino a 0,46 /KWh; - un risparmio pari al valore dell'energia elettrica autoconsumata (circa 0,18 /KWh); - un credito valido entro 3 anni derivante dalla quantità di energia elettrica immessa in rete (differenza tra prodotta e autoconsumata). Altro fattore importante è che in questo caso alla scadenza dei 20 anni cessa la tariffa incentivante ma rimangono per tutta la vita dell'impianto i vantaggi dello "scambio sul posto". Lo scambio sul posto in dettaglio Il servizio di scambio sul posto è erogato dal gestore contraente, gestore della rete elettrica locale, e consiste nell'operare un saldo annuo tra l'energia elettrica immessa in rete dall'impianto e l'energia elettrica prelevata dalla rete stessa. Il servizio di scambio sul posto opera per impianti da 1 a 20 KWp e solo nel caso in cui il punto di immissione e di prelievo dell'energia elettrica scambiata con la rete coincidono. Il saldo positivo relativo ad un anno può essere utilizzato a compensazione di eventuali saldi negativi per un massimo di 3 anni successivi all'anno in cui è stato maturato. Se detta compensazione in energia non viene effettuata entro il terzo anno successivo a quello in cui viene maturato, il credito residuo viene annullato. 18
LE TARIFFE INCENTIVANTI DEL NUOVO CONTO ENERGIA Vengono applicate agli impianti entrati in esercizio fino al 31 dicembre 2008 e si differenziano per tipologia di impianto e potenza nominale installata: Dimensioni dell'impianto Tariffe dell'incentivo in base alla tipologia di installazione Nessuna integrazione architettonica Parziale integrazione architettonica Integrazione architettonica da 1 a 3 kwp 0,40 /kwp 0,44 /kwp 0,49 /kwp oltre 3 fino a 20 kwp 0,38 /kwp 0,42 /kwp 0,46 /kwp oltre 20 kwp 0,36 /kwp 0,40 /kwp 0,44 /kwp L'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici, che entreranno in esercizio nel periodo intercorrente tra il 1 gennaio 2009 e il 31 dicembre 2010, hanno diritto, in relazione alla potenza nominale e alla tipologia dell'impianto, alla tariffa incentivante sopra riportata decurtata del 2% annuo per ciascuno degli anni di calendario successivi al 2008. Successivamente le tariffe verranno aggiornate con nuovi decreti emanati ogni 2 anni. Nel caso di impianti superiori a 3 KWp di potenza è possibile usufruire di una maggiorazione del 5% delle tariffe incentivanti: - quando la maggior parte dell'energia elettrica prodotta è consumata dall'utenza a cui è intestato l'impianto; - su alcuni edifici pubblici (scuole e ospedali); - impianti integrati, in sostituzione di coperture in eternit o comunque contenenti amianto, realizzati su superfici esterne di edifici, fabbricati, strutture edilizie con destinazione agricola; - impianti i cui soggetti sono Comuni con popolazione inferiore ai 5000 abitanti in base all ultimo censimento ISTAT. 19
MODALITA DI EROGAZIONE DELL INCENTIVAZIONE L'Autorità per l'energia Elettrica ed il Gas aggiorna, entro 60 giorni dalla data di pubblicazione del Decreto del conto energia, i provvedimenti che stabiliscono le modalità, i tempi e le condizioni per l'erogazione della tariffa incentivante e del premio. DOCUMENTI DA ALLEGARE ALLA RICHIESTA DI CONCESSIONE DELLA TARIFFA INCENTIVANTE documentazione finale di progetto dell'impianto, realizzato in conformità alla norma CEI02, firmato da un professionista o tecnico iscritto all'albo professionale; la documentazione finale deve essere corredata di elaborati grafici di dettaglio e cinque fotografie dell'impianto fotovoltaico su supporto informatico; scheda tecnica riportante tra l'altro l'ubicazione e la potenza nominale dell'impianto, la tensione in corrente continua in ingresso al gruppo di conversione, la tensione in corrente alternata in uscita dal gruppo di conversione, le caratteristiche dei moduli fotovoltaici e del gruppo di conversione della corrente continua in corrente alternata, la produzione annua attesa di energia elettrica, scheda tecnica d'impianto; elenco dei moduli e dei convertitori indicante marca, modello e numero di matricola; certificato di collaudo dell'impianto; dichiarazione sostitutiva di atto di notorietà autenticata firmata dal soggetto responsabile attestante; la natura del soggetto responsabile; la tipologia dell intervento di realizzazione dell impianto (nuova costruzione, potenziamento, rifacimento totale); la conformità dell'impianto e dei relativi componenti alle disposizioni dell'art. 4; la tipologia dell'impianto, in relazione al grado di integrazione nella struttura e la data di entrata in esercizio dell' impianto; se l'impianto opera o meno in regime di scambio sul posto; di non incorrere nelle condizioni previste per la non applicabilità o la non compatibilità con le tariffe incentivanti e il premio; copia, ove ricorra il caso, della denuncia di apertura dell'officina elettrica (soltanto per impianti superiori a 20 KWp). 20