Cosa è e come funziona un impianto fotovoltaico: tecnica, installazione e conto economico

Descrizione tecnica

Il sole è la fonte di energia.

L'energia, che non si crea, né si distrugge, può essere presente in diverse forme, dare cioè diversi effetti.

Così esiste l'energia sotto forma di calore (un corpo caldo), l'energia luminosa (la luce, il sole), meccanica (che ha un corpo in movimento), elettrica (è un moto di elettroni all'interno di un conduttore), chimica (l'energia dentro i legami chimici delle molecole), ecc.

Una forma di energia può essere trasformata in un'altra con opportuni apparecchi.

Ad esempio il motore di una automobile trasforma l'energia chimica contenuta nelle molecole di benzina in energia meccanica.

Una turbina elettrica di una centrale idroelettrica trasforma l'energia meccanica (data dal moto dell'acqua) in energia elettrica.

Attenzione: l'energia è sempre la stessa, solo presente in forme diverse, trasformata magari in quella più utile ai nostri bisogni.

Il sole è la principale fonte di energia del nostro pianeta. Le varie forme di energia che sperimentiamo sono una trasformazione di questa.

Ad esempio il vento: questo si ha perché varie parti del pianeta si scaldano per effetto del sole e le differenti temperature dell'aria danno avvio a un passaggio di masse d'aria da una zona all'altra (l'aria calda va verso quello fredda, alla ricerca dell'equilibrio). O l'energia che ricaviamo dal cibo: viene dalle piante e queste crescono con il sole (grazie a una speciale trasformazione, la fotosintesi).

I moduli fotovoltaici

I moduli fotovoltaici trasformano l'energia luminosa in energia elettrica. Sono delle macchine ottime perché:

  • non hanno parti in movimento: bassa usura e probabilità di rottura
  • sono semplici: poche parti, maggiore affidabilità
  • collaudate: la tecnologia ha più di 50 anni. I satelliti possono essere alimentati soltanto dal sole, e il primo satellite è stato lanciato tanto tempo fa. La tecnologia è la stessa.
  • modulari: posso creare degli impianti di diversa taglia replicando lo stesso sistema più volte

Il principio di funzionamento è quello del diodo: se una base di silicio viene drogata (infusa) con uno specifico elemento si crea una giunzione (un punto di contatto) con particolari caratteristiche. Una di queste è che fa circolare elettroni (e quindi genera corrente elettrica) se viene colpita dal sole.

Ma l'energia in uscita dai moduli non è adatta ad essere utilizzata dagli apparecchi collegati alla rete, ha un andamento nel tempo diverso.

Per renderla compatibile con l'uso che ne vogliamo fare si usano delle speciali apparecchiature denominate Inverter.

L'impianto fotovoltaico

E' costituito dai moduli (detti anche pannelli) fotovoltaici, dall'inverter, cavi, interruttori e sistemi di protezione.

MODULI ---> INVERTER ---> INTERRUTTORI ---> RETE ELETTRICA

Come si misura l'energia elettrica?

Visto che l'impianto fotovoltaico non fa altro che produrre energia elettrica, sarà bene conoscere come misurarla.

La potenza si misura in Watt. Una lampadina, ad esempio, richiede 100 Watt per accendersi, un ferro da stiro 1000 Watt.

L'energia elettrica è la potenza moltiplicata il tempo di utilizzo e si misura in Watt per ora, o meglio Wattora.

Se faccio funzionare la lampadina per un'ora ho trasformato 100 x 1 = 100 Wattora di energia elettrica in energia luminosa (e calore, purtroppo).

Se uso un ferro da 1000 Watt per un ora ho trasformato 1000 Wattora.

Se ho un impianto fotovoltaico da 20.000 Watt, e per un'ora ho tutto il sole per farlo funzionare al massimo, fargli erogare cioè tutta la potenza che può dare, ho prodotto 20.000 Wattora di energia.

I numeri crescono in fretta, allora anziché scrivere 20.000 Wattora, posso scrivere 20 KiloWattora, o meglio kWora o kWh.

Il kWh è la base del conteggio della bolletta elettrica, e tutto si basa sul prezzo per kWh, anche il pagamento dell'energia prodotta dall'impianto.

Cosa sono le fonti rinnovabili?

Ovviamente tutte quelle che, in un arco di tempo enorme, non si esauriscono: sole, vento, acqua.

Che fanno parte cioè di un ciclo e che la macchina utilizzata per trasformare l'energia trasportata da esse non le trasforma. Il petrolio non è rinnovabile perché finisce e non possiamo rimpiazzarlo. Usiamo l'energia chimica delle sue molecole: per estrarla dobbiamo necessariamente smontarlo. E, purtroppo, le molecole risultanti dopo questa operazione sono dannose per diversi motivi

Perché produrre energia con le fonti rinnovabili?

Certo, la domanda è banale: perché non dovremmo scegliere una fonte gratuita e non inquinante?

Perché non produciamo energia solo da fonti rinnovabili?

Perché sono discontinue (non sempre c'è il sole) e le macchine per trasformare la loro energia sono ancora troppo costose.

Qual'è la strada per produrre energia solo da fonti rinnovabili?

Il mercato deve produrre macchine meno costose e bisogna fare in modo che l'energia fornita sia continua.

Per il primo punto la soluzione c'è: si incentiva l'acquisto con degli aiuti finché la concorrenza tra produttori spinge ad inventare macchine più economiche.

Per il secondo anche, ma richiede grossi investimenti, che potrebbero arrivare: creare una grande rete elettrica che collega tutte le fonti in modo da usare quella che in quel dato momento sta funzionando anche se lontana. Ad esempio potrei avere energia dal vento che viene dalla montagna di notte e al mattino quella prodotta dal mio tetto.

Perché dobbiamo farlo?

Per seri problemi ambientali e per ridurre la dipendenza energetica del paese

Chi ci aiuta?

L'unione Europea in un famoso libro, il "libro verde", ha stabilito una strategia per l'ambiente e l'energia che è stata poi recepita dagli stati.

Per quanto riguarda l'energia, l'idea base è di fare pagare gli aiuti a chi produce energia pulita da chi la fa con mezzi sporchi.

In Italia una parte di tutte le bollette è destinata a finanziare questi aiuti. Altri meccanismi sono i certificati verdi, usati soprattutto per i grandi impianti eolici. Ma l'idea è sempre la stessa.

Il conto energia

In Italia gli aiuti agli impianti fotovoltaici avvengono per mezzo del cosiddetto "conto energia".

Un punto fermo: l'aiuto viene dato in funzione dell'energia prodotta. Nulla viene dato per l'acquisto dell'impianto, ma solo per quello che si produce! E questo vale anche per l'eolico e tutte le energie rinnovabili.

  • Viene misurata l'energia prodotta dall'impianto con un contatore apposito posizionato dal gestore delle rete elettrica (ENEL) all'uscita dell'impianto, sul posto.
  • L'informazione viene trasmessa via cavo (onde radio che viaggiano sui cavi elettrici) agli uffici del gestore. Questo la invia al GSE, Gestore Servizi Elettrici.
  • Il GSE conteggia l'energia e paga, mediante bonifico al proprietario dell'impianto il valore corrispondente

L'impianto fotovoltaico è:

  • un impianto di produzione di energia elettrica (una centrale elettrica)
  • alimentato da fonte rinnovabile

In quanto alimentato da fonte rinnovabile si ha un incentivo su tutta la produzione, ma anche l'energia ceduta alla rete deve essere pagata!

A pagarla ci pensa sempre il GSE: un contatore legge l'energia effettivamente messa in rete, l'agenzia conteggia l'importo e fa un bonifico che si aggiunge a quello dell'incentivo.

Da notare che l'energia immessa in rete è uguale a quella prodotta meno quella consumata:

energia pagata = energia prodotta - energia consumata

Così in estate, quando si è in vacanza, tutta l'energia prodotta verrà pagata.

Il conto economico di un impianto fotovoltaico:

Costi:

  • Impianto
  • Manutenzione (annuale)
  • Eventuale assicurazione

Ricavi

  • Premio per l'energia autoconsumata (incentivo)
  • Vendita energia ceduta alla rete con incentivo
  • Minore acquisto di energia dalla rete

 

 

Dettaglio delle voci.

Costo impianto

Da tremila euro per kW con sconti che dipendono dalla potenza dell'impianto, dal tipo di installazione e dal periodo dell'acquisto (in prossimità della scadenza delle agevolazioni il prezzo sale per la forte domanda: occorre farlo per tempo!).

Manutenzione:

Ogni anno: circa lo 0,9% del prezzo dell'impianto (pulizia, controllo, eventuali sostituzioni).

Ogni 10 anni: manutenzione straordinaria: circa il 7% dell'impianto (tipicamente l'inverter, che può però essere coperto da garanzia estesa).

Assicurazione: circa 30 euro per kW di potenza dell'impianto, all'anno.

Incentivo conto energia:

Stabilito per regolamento nazionale, dipende se l'impianto è su un edificio, se integrato con particolari caratteristiche, a terra o su serra.

Vendita energia

Circa 0,20 euro per kWh ceduto. Comprende un premio come forma di incentivo.

Minore acquisto energia

Dipende fortemente dal contratto che si ha con il fornitore. Tipicamente da 0,15 a 0,25 euro per kWh. Inoltre si ha un premio di circa 0,11 € su ogni kWh autoconsumato.

Ricavi

L'energia prodotta da un impianto è in funzione del sole che riceve, dipende allora:

  • dalla posizione geografica: migliora al Sud
  • dall'orientamento dei moduli: la posizione migliore è esattamente verso Sud. Non è possibile mettere un impianto rivolto a Nord. Le posizioni tra Sud e Est o Ovest vanno bene, ma il rendimento cala gradualmente.
  • dall'inclinazione dei moduli: attorno ai 30° (dipende dalla posizione geografica) è la migliore

È facile calcolare i ricavi in funzione della potenza installata e della posizione.

Criteri di progetto

Bisogna tenere conto della posizione di massima resa e vedere come il sito si adatta ad essi (sarà rivolto a Sud, esiste l'inclinazione o un piano su cui mettere triangoli per crearla).

Una forte limitazione alla potenza massima installabile è data dallo spazio necessario.

Ogni kW di potenza occupa circa 6 mq su un tetto già inclinato, di più su un tetto piano perché i moduli non possono farsi ombra tra di loro.

Difficilmente il tetto di un condominio può sopportare un impianto per tutti gli appartamenti.

Potenze tipiche necessarie

* Abitazione famigliare: 2,5 - 3 kWp

* Capannone servizi: 10 - 20 kWp

* Capannone artigiano: 20 - 50 kWp

* Azienda lavorazioni: 30 - 100 kWp

* Industria: > 100 kWp