fotovoltaico | Ralph DTE

25 febbraio 2011

Le nuove frontiere del fotovoltaico

Rubrica: Impianti fotovoltaici

Titolo o argomento: Dai pannelli fotovoltaici in plastica alle lacche fotovoltaiche

Se da un lato cresce l’esigenza di migliorare il rendimento dei pannelli in modo tale che possano convertire in energia elettrica quanta più energia solare assorbita (vedi il nostro articolo: P.E.T.E. Photon Enhanced Thermionic Emission), dall’altro anche l’occhio vuole la sua parte. Per tale ragione si studiano tecnologie in grado di offrire pannelli esteticamente sempre più gradevoli, pannelli mimetizzabili nel contesto abitativo urbano e delle periferie e, addirittura, pannelli completamente invisibili… Per raggiungere tali scopi, scienziati e ricercatori di tutto il mondo si stanno orientando verso nuovi orizzonti tecnologici: plastiche opportunamente trattate, lacche e tutti i possibili materiali che possano sostituire il silicio per ridurre i costi di produzione.

Non si tratta di fantascienza ma delle tecnologie attualmente in fase di studio e sperimentazione le quali, si prevede, saranno disponibili già dal 2015-2016. La prima di queste innovazioni prevede l’impiego di pannelli realizzati in “plastica” (opportunamente trattata) i quali sostituirebbero totalmente il classico pannello fotovoltaico realizzato con l’impiego del silicio. I vantaggi si traducono in termini di costi minori (fino all’80% in meno), semplicità delle lavorazioni e dell’interno processo produttivo ed un’estetica molto più adattabile ai contesti abitativi. Si è scoperto che con la plastica, sotto determinate condizioni, si possono ricavare da 10 watt di energia solare, 1/10 di watt di energia elettrica. Un valore a dire il vero troppo basso se non fosse per il fatto che trattando opportunamente il materiale con delle particelle (polimeri conduttori e nanostrutture di carbonio) la quantità di energia elettrica che si riesce a ricavare sale notevolmente (attualmente non sono disponibili dati precisi su tali studi ma l’unico parametro attendibile pare sia un rendimento inferiore rispetto ai pannelli fotovoltaici basati su silicio per via della bassa conduttività dei polimeri). Tali pannelli in plastica oltre ad essere più economici e facilmente lavorabili, possono essere realizzati con particolari forme e linee in modo da abbellire le facciate degli edifici offrendo un impatto decisamente gradevole, pulito e moderno. Anche per questa soluzione la durata della vita utile è prevista intorno ai 15-20 anni.

Altra tecnologia interessante, attualmente in fase di studio, è una particolare lacca che sarebbe in grado di trasformare l’energia solare in energia elettrica (esattamente come avviene in un normalissimo pannello fotovoltaico). Tale lacca potrebbe essere spruzzata su edifici di vario genere e rimanere completamente invisibile oltre ad essere facilmente applicabile e, soprattutto, con costi decisamente contenuti. Io personalmente credo che potrebbe essere persino miscelata con le vernici delle automobili ibride ed elettriche per dare un ulteriore apporto energetico utile alla ricarica delle batterie sia in movimento che durante una sosta. Una soluzione sicuramente molto interessante ma tutta da dimostrare per quanto concerne l’efficacia, l’affidabilità e la sicurezza.

Insomma, si cerca di trovare ogni possibile materiale alternativo al silicio con lo scopo di realizzare pannelli con una flessibilità d’uso smisurata, applicabili su diverse superfici e, ovviamente al costo più basso possibile immaginabile anche se questo dovesse significare un rendimento più basso di qualche punto percentuale.

Alla pellicola di plastica, facilmente modellabile, viene applicato un rivestimento conduttivo.

11 dicembre 2008

Impianti fotovoltaici: Tipologie di impianto

Rubrica: Impianti fotovoltaici

Titolo o argomento: Tipologie di impianto

L’effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della radiazione solare (diretta e diffusa) in energia elettrica. Questa avviene all’interno della cella fotovoltaica, costituita da un sottile strato, compreso tra 0,25 e 0,35 mm, di materiale semiconduttore, molto spesso silicio, mono o policristallino.

Un impianto fotovoltaico e’ formato da un insieme di apparecchiature, fra cui la più evidente è certamente il generatore fotovoltaico, costituito da numero variabile di stringhe, costruite con pannelli (formati a loro volta da un insieme di celle fotovoltaiche) in numero variabile, per ottenere la potenza voluta.

Tipologie e caratteristiche degli impianti fotovoltaici. Esistono due tipi di sistemi fotovoltaici: gli impianti con accumulo (o “a isola”) e gli impianti connessi alla rete. Hanno alcune componenti in comune, fra cui, fondamentali, i moduli fotovoltaici stessi.

Quelli del primo tipo sono elettricamente isolati e autosufficienti e dispongono di una batteria di accumulo che puo’ conservare l’energia raccolta dall’irraggiamento solare e permettere un uso differito dell’energia elettrica.

Quelli connessi alla rete, invece, iniettano direttamente nella rete nazionale l’energia prodotta. Sono questi che permettono agli edifici (abitazioni private, aziende, ecc.) di produrre energia elettrica autonomamente, con un doppio vantaggio: una detrazione dalla bolletta di tutti i kWh prodotti dall’impianto e una monetizzazione di tutta l’energia prodotta dall’impianto.
Fisicamente, sono composti da:

moduli fotovoltaici, che trasformano in energia elettrica a corrente continua l’irraggiamento solare captato durante il giorno;
inverter, con il compito di trasformare l’energia da corrente continua a corrente alternata, rendendola utile ad essere utilizzata per le comuni apparecchiature domestiche;
dispositivi che controllano e misurano la quantita’ di energia prodotta e scambiata con la rete.

L’integrazione architettonica. Esistono diverse tipologie di installazione, suddividibili fra non integrate, parzialmente integrate e integrate:

– Gli impianti non integrati alle architetture sono quelli realizzati a terra, su strutture apposite oppure installati sulle copertura ma in modo non complanare alla superficie su cui sono installati;

– Quelli integrati alla struttura invece sostituiscono parzialmente gli elementi di copertura, di schermatura e che hanno un ridotto impatto visivo. Quelli su copertura sono fissati ad elementi esistenti (tegole, lastre di cemento, ecc.) in maniera complanare.

L’impianto architettonicamente integrato nell’edificio fa aumentare l’incentivo statale in conto energia, oltre a produrre un gradevole effetto estetico.

Orientamento dell’installazione. Per un’installazione ottimale i pannelli devono essere esposti verso sud, e in Italia devono avere un’inclinazione di circa 35°-40° gradi (30° per l’Italia meridionale, 35°-40° per il centro-nord), per ottenere la massima produzione annua di energia. Se si desidera aumentare la produzione in una stagione piuttosto che in un’altra, occorre modificare l’angolo in modo da rendere la superficie dei pannelli sempre ortogonale alla luce incidente: in estate si ottiene riducendolo fino a 10°- 15°, d’inverno alzandolo fino ad un massimo di 60° rispetto all’orizzonte.

Il luogo dell’installazione, ovviamente, deve risultare sempre privo di ombra.

7 dicembre 200822 ottobre 2018

Valutazioni sugli impianti fotovoltaici ed i contratti della rete

Rubrica: Impianti fotovoltaici

Titolo o argomento: Valutazioni sugli impianti fotovoltaici

Rispondendo a Federico

Premesso che la potenza di un impianto fotovoltaico si misura in Wp (ovvero watt di picco) che e’ pari alla potenza erogata dai moduli in condizioni standard alla temperatura ambiente di 25°C e in presenza di una radiazione solare che sia di 1 kW per metro quadro in una giornata serena a mezzogiorno.

Premesso che gli impianti fotovoltaici sono scesi “vertiginosamente” di prezzo (come tutti i prodotti tecnologici dopo l’avvenuta diffusione) dai famosi 30.000 euro iniziali di qualche anno fa, ai circa 15.000 euro odierni per un impianto sufficiente ad una famiglia di 3 persone.

Premesso che un rendimento è il rapporto tra una grandezza fisica (potenza, lavoro…) reale erogata (al numeratore) e la stessa grandezza assorbita (al denominatore) e che i rendimenti dei pannelli fotovoltaici sono migliorati notevolmente arrivando anche in alcuni prototipi a superare il doppio del valore da te citato nella domanda.

Ebbene, premesso tutto ciò, possiamo affermare che più si diffonde questa tecnologia pulita, più i prezzi si abbassano e più la qualità (ovvero la resa) migliora. Il primo cellulare arrivato in Italia costava oltre un milione di lire, oggi un cellulare 100 volte più tecnologico costa 5 volte meno. Tra qualche anno non ci sarà più bisogno di chiedere un incentivo e ci potremo accontentare di recuperare una parte dell’acquisto scaricandolo dalle tasse.

La questione che a me invece preoccupa (e che al momento in pochi vedono), è che l’attenzione non viene incentrata sul vero argomento principale, ovvero: l’indipendenza energetica di un’abitazione. Se la tecnologia andasse oltre (e le potenzialità ci sono) si potrebbero creare (a prezzi ragionevoli) impianti solari che soddisfano totalmente il fabbisogno energetico della casa e che dispongano di accumulatori per la disponibilità energetica durante la notte o nelle giornate nuvolose. In Sardegna questo meccanismo (anche se non so con esattezza a quale livello tecnologico) è stato attuato laddove la società elettica non può raggiungere il cliente. Certo è che, d’altra parte, se non si dispone di un allaccio alla società elettrica, in caso di guasti si va incontro a seri problemi. Immaginate le conseguenze in frigoriferi e congelatori o se lavorate al pc o se semplicemente rimanete al buio in un periodo come questo…

Non ci possiamo dirigere verso gli estremi né da un lato né dall’altro. Ma la direzione giusta dovrebbe essere quella di inquinare il meno possibile, essere autosufficienti energicamente e disporre di contratti molto agevolati con la o “le” società elettriche per avere una linea garantita di corrente sempre.

Invece il meccanismo che abbiamo oggi è…

Ipotesi senza incentivi statali

Tu acquisti un impianto che non dà un contributo totale al fabbisogno energetico della tua abitazione, ma che sommato (tipicamente) ai 3 Kw che già abbiamo con la società elettrica ti porta a produrre quel tanto di energia giornaliera in più che la stessa società elettrica acquista da te per poi farti uno sconto in bolletta a fine anno. Lo sconto non consiste in una resa in denaro ma in uno sconto nei successivi utilizzi di energia elettrica a pagamento. Significa che nei mesi a seguire ti arriveranno bollette via via più basse. Risultato è che ci si trova a fare un bilancio tra i 15.000 euro spesi per un impianto sui 3Kw e il denaro che risparmierai dalla bolletta negli anni successivi. Invece di essere in condizioni di autosufficienza energetica, inizi a fare l’amministratore della corrente che produci nel tentativo (nell’arco dei 20 anni) di rientrare della spesa iniziale sostenuta. Il vantaggio lo si può ottenere solo nel caso in cui si abbia la fortuna di vivere in zone soleggiate, e contemporaneamente si abbia già l’abitudine di consumare poco… Ma se la casa la si vive abbastanza utilizzando diferse utenze quali condizionatori, phon superpotenti e forni, beh allora mi sembra dura ottenere un recupero vantaggioso. Ci siamo avvicinati molto ma manca ancora qualcosina. I pannelli dovrebbero avere rendimenti ben più elevati, costi minori e permetterti di avere condizioni ancora più agevolate con le società elettriche.

Con gli incentivi statali?

Nel caso in cui si riescano ad ottenere gli incentivi statali che secondo le nostre fonti (basta rispettare i termini di iscrizione che scadono a metà febbraio 2009) risultano ammontare a 1550 euro l’anno per un impianto da ben 3 KW, allora si azzera quasi la bolletta e si dispone di energia pulita. Se si vive in zone poco soleggiate e ventose sarrebbe molto meglio utilizzare l’eolico e le correnti marine. E quindi offrire energie pulite proprie al tipo di zona e di clima.

Conclusioni

Nel caso in cui non si riuscisse ad usufruire degli incentivi (perchè non si sono rispettate le scadenze per ottenerli o perchè si è in sovrannumero) ti ritroveresti con una spesa annua di circa 700 euro per pagare a rate l’impianto (queste sono le cifre citate in volantini vari recuperati in fiera – vedi i siti sotto citati), ma ogni anno ti accorgeresti che stai risparmiando in bolletta al massimo (nei casi migliori) 350 400 euro. Quindi ogni anno staresti spendendo cifre intorno ai 300 euro per il pagamento dell’impianto. Inoltre in base alle varie zone d’Italia più o meno soleggiate, andrebbero ad ottenersi risultati eccessivamente differenti. In meridione, un pannello fotovoltaico rende più del doppio che a Milano ad esempio. Nebbia e piogge non garantiscono il funzionamento a regime dei pannelli fotovoltaici. Una simile fonte di energia andrebbe incentivata oltremodo in centro meridione per dar loro anche un vantaggio economico tale da potersi distinguere in Italia per le particolari caratteristiche. Certo è che produrre energia in modo pulito è al quanto accattivante e nobile per salvaguardare il pianeta dagli enormi cambiamenti climatici.

Quanto durano i pannelli fotovoltaici?

Dispongono di una garanzia di 20 anni e, assicurano i produttori, dopo 20/25 anni il decadimento del rendimento si aggira intorno al 19-20%.

5 dicembre 2008

Introduzione agli impianti fotovoltaici

Rubrica: Impianti fotovoltaici

Titolo o argomento: Introduzione agli impianti fotovoltaici

I vantaggi dell’installazione di un impianto fotovoltaico sono molteplici, distinguibili fra quelli ambientali e quelli economici. Dal primo punto di vista, con un sistema del genere e’ possibile sfruttare una fonte inesauribile di energia, come il sole, che permette un risparmio diretto dei combustibili fossili e la riduzione a zero dell’emissione di sostanze inquinanti nell’atmosfera.

Il vantaggio economico abbraccia diversi aspetti. Strutturalmente, e’ certamente significativa la lunga vita di questi impianti, non soggetti a grosse usure e bisognosi di minima manutenzione (essenzialmente la pulizia della superficie trasparente dei moduli, per permettere una corretta ricezione della luce solare all’interno delle celle).

A livello produttivo il beneficio che gli impianti connessi alla rete possono ricavare e’ molto interessante, sia grazie al servizio di “Scambio sul posto”, offerto dalla societa’ distributrice dell’energia elettrica (per gli impianti di potenza non superiore a 20kWp) sia, soprattutto, grazie alla recente normativa italiana che concede incentivi statali sull’energia prodotta (il cosiddetto “conto energia”), dando la possibilita’ di recuperare il capitale impiegato per la costruzione dell’impianto negli anni successivi, attraverso il suo stesso funzionamento.

Il servizio “Scambio sul posto”. E’ un meccanismo applicabile ad impianti di potenza compresa fra 1 e 20kWp, indicati, in genere, ad essere installati in abitazioni di privati cittadini, attivita’ commerciali o piccole aziende. Un generatore connesso con la rete vi inietta direttamente e costantemente l’energia elettrica prodotta, a meno che prima del punto di consegna non ci sia utilizzo. Negli impianti fotovoltaici residenziali, pero’, l’istante di produzione dell’energia e quello del consumo non coincidono sempre durante la giornata. Il meccanismo dello “scambio sul posto” permette di quantificare l’energia riversata in rete tramite l’utilizzo di un apposito contatore, per poi detrarla dall’energia consumata in totale dall’utente. Quando l’energia elettrica immessa annualmente non supera quella prelavata dalla rete, si ottiene un significativo risparmio sulla bolletta elettrica. Se l’energia elettrica prodotta eccede quella prelevata, si puo’ beneficiare di un credito di energia da consumare nell’arco dei 36 mesi successivi alla produzione.
Il beneficio economico di questo servizio, erogato dalla societa’ elettrica che esegue l’allacciamento, si puo’ cumulare a quello del cosiddetto “Conto energia”.

Il “Conto energia”. E’ un incentivo statale che non interviene nella fase dell’investimento iniziale, ma incoraggia la produzione stessa dell’energia elettrica. Questo sistema di finanziamento, infatti, fa si’ che tutta l’energia elettrica prodotta venga remunerata, generalmente ogni mese, dal (GSE) Gestore dei Servizi Elettrici per i primi venti anni di vita dell’impianto connesso alla rete.

Le tariffe dell’incentivo per il 2007/2008 espresse nella tabella qui sotto (€/kWh) variano in base alla potenza nominale dell’impianto (espressa in kWp, la potenza di picco, ossia la potenza teorica massima che il tetto puo’ produrre nelle condizioni standard di insolazione e temperatura dei moduli) e al tipo di installazione architettonica scelta (gli impianti integrati architettonicamente godono di un aumento dell’incentivo statale):

In base al recente DLgs 19 febbraio 2007, possono usufruire dell’incentivo persone fisiche, persone giuridiche, soggetti pubblici, condomini di unita’ abitative o di edifici, che devono inoltrare la richiesta dell’incentivo al GSE subito dopo l’inizio del funzionamento dell’impianto fotovoltaico.

La produzione in cifre. Alle latitudini dell’Italia centro meridionale un metro quadrato di moduli puo’ produrre in media 0,3 -0,4 kWh/giorno nel periodo invernale e 0,6-0,8 kWh/giorno in quello estivo. 10 mq di tetto solare in Italia centrale, possono coprire il 30%-50% dei consumi di una famiglia.