I COMPONENTI
La cella
La conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni avviene nella cella solare, un dispositivo costituito da una sottile fetta di un materiale semiconduttore, molto spesso silicio.
Essa è generalmente di forma quadrata e di superficie pari circa a 100 cm2, si comporta come una minuscola batteria, producendo - nelle condizioni di soleggiamento tipiche italiane - una corrente di 3 A con una tensione di 0.5 V, quindi una potenza di 1.5 W.
Il modulo
Le celle solari sono assemblate in modo opportuno per costituire ununica struttura: il modulo fotovoltaico.
I moduli in commercio attualmente più diffusi (con superficie attorno a 0.5 m2) hanno una potenza che va dai 50 W agli 80 W, a seconda del tipo e della efficienza delle celle.
I moduli, in silicio monocristallino, comunemente usati nelle applicazioni commerciali hanno un rendimento complessivo del 10-13 %.
Esistono in commercio anche moduli in silicio policristallino e in silicio amorfo, questi però, rispetto ai primi, hanno un rendimento più basso; pertanto a parità di potenza richiesta occupano una superficie maggiore.
Il campo fotovoltaico
Collegando opportunamente un certo numero di moduli si ottiene un generatore o un campo fotovoltaico, con le caratteristiche desiderate di corrente e tensione di lavoro.
I moduli sono orientati in modo da massimizzare lirraggiamento solare.
La quantità di energia prodotta da un generatore fotovoltaico varia nel corso dellanno in funzione del soleggiamento e della latitudine della località. Per ciascuna applicazione il generatore sarà da dimensionare sulla base di: carico elettrico, potenza di picco, possibilità o meno di collegamento alla rete, latitudine del sito e suo soleggiamento, specifiche elettriche del carico utilizzatore, ecc.
A titolo indicativo si consideri che alle latitudini dellItalia centrale 1 m2 di moduli di buona qualità (a cui corrisponde una potenza installata pari circa a 130 W) possa produrre in media
0.35 kWh/giorno nel periodo invernale e 0.83 kWh/giorno nel periodo estivo; o se si preferisce circa 220 kWh/anno.
L'IMPIANTO FOTOVOLTAICO
Gli impianti fotovoltaici sono fondamentalmente classificabili in:
- Isolati (stand-alone), nei quali lenergia prodotta alimenta direttamente un carico elettrico, e per la parte in eccedenza, viene generalmente accumulata in apposite batterie di accumulatori(*), che la renderà disponibile allutenza nelle ore in cui manca linsolazione;
- Connessi ad una rete elettrica
di distribuzione (grid-connected): lenergia è convertita in corrente elettrica alternata per alimentare il carico e/o immessa nella rete, con la quale lavora in regime di interscambio.
Un impianto fotovoltaico è costituito da un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che captano lenergia solare, la trasformano in energia elettrica, sino a renderla disponibile allutilizzazione da parte dellutenza. Esso sarà quindi costituito dal generatore, da un sistema di controllo e condizionamento della potenza e, per gli impianti isolati, da un sistema di accumulo.
Il rendimento di conversione complessivo di un impianto sarà il risultato di una serie di rendimenti, che a partire da quello della cella, passando per quello del modulo, delle stringhe, del sistema di controllo della potenza e di quello di conversione, ed eventualmente di quello di accumulo, permette di ricavare la percentuale di energia incidente che è possibile trovare alluscita dellimpianto, sotto forma di energia elettrica, resa al carico utilizzatore.
APPLICAZIONI
Le utilizzazioni dei sistemi fotovoltaici sono sostanzialmente raggruppabili in tre categorie: per utenze isolate, piccoli impianti collegati alla rete elettrica di distribuzione in bassa tensione, grandi impianti di generazione, ovvero centrali di generazione, collegate alla rete elettrica.
- Applicazioni per utenze isolate
- Pompaggio dellacqua
- Illuminazione
- Segnaletica stradale
- Alimentazione di ripetitori radio
- Ecc.
ESEMPI DI UTILIZZO
Impianto stand-alone/consumo medio
Utilizzando come dato di riferimento, per lenergia giornaliera richiesta da unutenza a medio consumo, un valore di 3.4 kWh/giorno si riportano di seguito le caratteristiche principali di un sistema relativamente a diverse fasce climatiche.
(*) Negli impianti fotovoltaici si utilizzano apposite batterie di tipo stazionario, mentre solo in casi demergenza è possibile adottare batterie per autoveicoli. A differenza di quelle adottate dallindustria automobilistica, queste sono realizzate, ad esempio, con piastre positive tubolari a basso tenore di antimonio, che assicurano: un basso valore di autoscarica; lunga vita (7-8 anni); manutenzione quasi nulla.
Potenza da installare: 3.270 W
Numero di moduli da 60 W: 54
Capacità di accumulo elettrico per unautonomia di 4 giorni: 26 kWh
Energia generata in un anno: 3.410 kWh
Potenza da installare: 1.570 W
Numero di moduli da 60 W: 26
Capacità di accumulo elettrico per unautonomia di 4 giorni: 21 kWh
Energia generata in un anno: 2.140 kWh
Potenza da installare: 1.210 W
Numero di moduli da 60 W: 20
Capacità di accumulo elettrico per unautonomia di 4 giorni: 16 kWh
Energia generata in un anno: 1.890 kWh
Potenza da installare: 1.290 W
Numero di moduli da 60 W: 22
Capacità di accumulo elettrico per unautonomia di 4 giorni: 21 kWh
Energia generata in un anno: 1.700 kWh
Impianto grid-connected/utenza
Utilizzando come dato di riferimento, per lenergia giornaliera richiesta da unutenza tipo, un valore di 8.5 kWh/giorno si riportano di seguito le caratteristiche principali di un sistema relativamente a diverse fasce climatiche.
Potenza da installare: 2.780 W
Numero di moduli da 60 W: 46
Energia generata in un anno: 3.080 kWh
Potenza da installare: 2.130 W
Numero di moduli da 60 W: 36
Energia generata in un anno: 3.150 kWh
Potenza da installare: 1.850 W
Numero di moduli da 60 W: 31
Energia generata in un anno: 3.120 kWh
Potenza da installare: 2.270 W
Numero di moduli da 60 W: 38
Energia generata in un anno: 3.110 kWh
I COSTI
Nel caso di sistemi fotovoltaici collegati direttamente alla rete in bassa tensione, il costo dellimpianto è di circa 16-18 milioni di lire per kW installato, per un costo attualizzato dellenergia elettrica prodotta quantificabile in circa 700 lire per kWh.
Nel caso di sistemi fotovoltaici per utenze isolate, i costi sono dellordine dei 18-20 milioni di lire per kW installato, con corrispondente costo attualizzato del kWh dellordine di 1100 lire. Tali costi elevati sono spiegati dalla necessità di dotare il sistema di batterie di accumulatori.
Spesso tali impianti rappresentano la soluzione più conveniente per elettrificare aree isolate, specialmente per utenza con modesta richiesta di energia.
