Cos’è un Pannello Fotovoltaico e Funzionamento

Le energie rinnovabili, fortunatamente, attraggono un interesse sempre maggiore. Il fotovoltaico è un tipo di energia rinnovabile che potrebbe rappresentare la fortuna di noi italiani visto che sfrutta l’irraggiamento solare presente in abbondanza nel nostro paese.

Cos’è un pannello fotovoltaico

un modulo composto da diverse celle fotovoltaiche collegate in serie. Ha dimensioni medie di poche decine di cm di lunghezza e larghezza fino a superare 1 metro con spessore di qualche cm. Produce elettricità continua CC, che può essere consumata all’istante oppure stoccata in batterie fotovoltaiche. Se collegato ad un inverter, l’elettricità prodotta viene convertita in alternata.

pannello fotovoltaico funzionamento

I pannelli solari fotovoltaici funzionano attraverso materiali semiconduttori che convertono una parte della luce solare in elettricità (l’illuminazione a LED, realizzata con lo stesso tipo di materiali è esattamente l’opposto convertendo l’elettricità in luce). I pannelli effettuano questa conversione con rese che vanno dal 10 al 23%. Sono generalmente assemblati in gruppi, collegati tramite cavi a più dispositivi che ne gestiscono l’elettricità al fine di immagazzinarla in batterie o per renderla compatibile con l’elettricità di rete.

Per definire un impianto fotovoltaico non si parla della sua superficie ma della sua potenza in watt-picco (Wc o, in inglese, Wp = Watt-peak) , ovvero la potenza elettrica che un insieme di pannelli può erogare in condizioni di soleggiamento standardizzate: i pannelli ricevono la radiazione solare perpendicolarmente con una potenza di 1000 W / m 2 , e si trovano ad una temperatura di 25 ° C (non sono riscaldati dalla radiazione solare). Pertanto, per ottenere la stessa potenza di picco, i pannelli solari con un’efficienza del 20% occupano la metà dello spazio rispetto ai pannelli con un’efficienza del 10%.

pannelli-fotovoltaici-funzionamento

In realtà le condizioni necessarie per raggiungere il picco di potenza sono raramente soddisfatte: il cielo è spesso nuvoloso, l’angolo di arrivo del sole sui pannelli varia durante il giorno e durante tutta la stagione, e la temperatura dei pannelli varia a seconda della radiazione solare, che ne riduce le prestazioni. C’è da considerare anche le perdite nel cablaggio e nei dispositivi che gestiscono l’elettricità che riducono le prestazioni complessive.

Quanto deve essere potente un impianto fotovoltaico

abbiamo realizzato un articolo sul dimensionamento dei pannelli fotovoltaici. Nel nostro paese al centro  per coprire il consumo di elettricità di una famiglia standard – ovvero circa 4.000 kWh – può essere sufficiente un’installazione da 3.5 kWp.

Un impianto del genere occupa circa 25 mq di pannelli in silicio policristallino orientati verso sud e inclinati a 30 °. Se questi pannelli vengono posizionati sulla facciata, sono necessari almeno 5 mq in piú . E se il tetto è esposto a sud-est o sud-ovest + necessario qualche altro mq in piú. Quando il tetto è piano, i pannelli sono generalmente disposti in file inclinate verso il sole e sufficientemente distanziate in modo da non schermarsi reciprocamente.

Dove montare i pannelli fotovoltaici

un impianto solare fotovoltaico per la produzione di energia elettrica puà essere montato in qualsiasi punto che garantisca insolazione senza ombreggiatura per tutto l’anno. Ad esempio possiamo avere:

  • Pannelli solari fotovoltaici inclinati su tetto piano
  • Pannelli fotovoltaici fissati a tetto spiovente
  • Pannelli fotovoltaici integrati su tetto a falde (tegole fotovoltaiche)
  • Pannelli fotovoltaici aggiunti sui balconi
  • Pannelli fotovoltaici aggiunti o integrati su una facciata

Un impianto fotovoltaico può essere isolato , cioè posizionato a terra su terreno agricolo o giardino, ma nelle città visto che gli spazi sono pochi i pannelli solari trovano meglio il loro posto sui tetti e sulle facciate degli edifici, nonché sulle strutture di ingegneria civile (ponti, muri di sostegno, barriere antirumore autostradali, ecc. ). Su un edificio, i sensori possono essere attaccati (diciamo anche aggiunti ), cioè fissati su un tetto o una facciata, oppure integrati, vale a dire che svolgono anche una funzione architettonica: sostituiscono il manto di copertura, i pannelli di protezione della facciata o le barriere del balcone. Questa distinzione è importante per il calcolo della redditività economica dell’impianto solare e per l’importo dell’eventuale sovvenzione. Se devi ristrutturare un tetto spiovente, dovresti considerare l’integrazione come una priorità perché la durata dei pannelli può superare i 30 anni. Per un tetto piano, si consiglia inoltre di coordinare l’installazione dell’impianto solare con la riparazione dell’impermeabilizzazione (entrambi hanno una durata stimata di 30 anni o più).

Redditività di un impianto solare fotovoltaico

Quanto produce un pannello fotovoltaico? Diciamo una media di 1200 kilowatt l’anno per 1 Kwp di potenza installata al centro ITALIA. Un impianto fotovoltaico privato è molto spesso collegato a una rete elettrica pubblica, al fine di rivendergli tutta o parte della sua elettricità solare. Per un profano, prevedere la redditività economica della sua futura installazione è un esercizio complicato. Ci sono i costi di allestimento: materiale e manodopera. Costi di manutenzione: controllo, manutenzione ,

Nel calcolare la redditività, dobbiamo anche tenere conto della corrente che l’edificio stesso risparmierà se beneficerà direttamente di questa elettricità solare (autoconsumo), il che è generalmente desiderabile. Tuttavia, le prestazioni dei pannelli solari dipendono dalla loro tecnologia di produzione, dalla quantità di luce solare e dal clima del luogo in cui si trovano, dal loro orientamento verso il sole e dall’ombra (montagne, alberi ed edifici vicini).

Senza dimenticare le perdite indotte dal cablaggio, dai dispositivi elettrici e dall’inverter- il box che trasforma l’elettricità solare (corrente continua) in energia elettrica compatibile con le nostre prese (corrente alternata).

modulo-fotovoltaico

Da tenere in considerazione anche il calo di produzione dovuto all’invecchiamento dell’impianto: dallo 0,5 allo 0,8% annuo a seconda della tecnologia. E l’imprevisto: alberi che crescono, nuove costruzioni che vengono installate o pavimenti che vengono aggiunti agli edifici vicini. Queste nuove barriere alla luce solare possono ridurre la produzione di elettricità di una proporzione molto maggiore dell’ombra che proiettano sui pannelli solari.

È anche molto importante che i pannelli siano ventilati dal basso. Quando si riscaldano al sole, la loro efficienza diminuisce: quando la loro temperatura supera i 25 ° C, perdono in media lo 0,4% di efficienza per ogni grado aggiuntivo – e possono riscaldarsi fino a a 100 ° C.

Se si ha a disposizione un’ampia superficie tetto, ad esempio un’azienda agricola o un capannone agricolo, può anche essere affittata ad un’azienda che si farà carico di tutte le spese di installazione e manutenzione (appalto). Tali operazioni sono anche possibili per ridurre i costi associati alla ristrutturazione o all’isolamento di un tetto. È importante che il contratto affronti tutti i casi di possibili conflitti, comprese le perdite d’acqua attraverso i sensori che potrebbero danneggiare l’edificio.

I diversi pannelli solari fotovoltaici

La tecnologia solare sta cambiando rapidamente. Le prestazioni dei pannelli fotovoltaici migliorano contemporaneamente al calo dei prezzi. Il mercato offre anche regolarmente nuovi tipi di moduli PV più efficienti, più sottili, più flessibili . Possiamo dividerli in quattro famiglie:

  • Moduli fotovoltaici in silicio monocristallino: celle quadrate con angoli arrotondati incorniciate sotto vetro, aspetto semplice blu o nero, efficienza dal 16 al 23%, possono essere utilizzate come copertura traslucida (tenda da sole, tetto del garage). Il più costoso.
  • Moduli fotovoltaici in silicio policristallino : celle giustapposte prive di luce diurna, dall’aspetto scintillante (dovuto all’amalgama di cristalli orientati in tutte le direzioni) e incorniciate sotto vetro, efficienza 15-17%, più sensibili alla nuvolosità e alla luce solare. Buon rapporto qualità prezzo.
  • Moduli fotovoltaici thin film, a film sottile o amorfo: aspetto scuro e uniforme (come celle calcolatrici), efficienza 6-14%, molte tecnologie in pieno sviluppo, molto sottili o flessibili, meno sensibili alle alte temperature, alcune hanno marcato calo delle prestazioni nei primi 1-2 anni ma si stabilizza successivamente, di solito il più economico.
  • Moduli fotovoltaici ibridi : producono energia elettrica e acqua calda. Un pannello solare fotovoltaico ha una produzione ottimale di energia elettrica quando la sua temperatura è intorno ai 20 ° C. Tuttavia, si riscalda al sole e perde la sua efficacia. Da qui l’idea di associarlo ad un collettore solare termico non vetrato: sotto le celle fotovoltaiche è disposto un circuito idrico che recupera il calore (che può essere utilizzato per il riscaldamento, la produzione di acqua calda sanitaria, rigenerazione del calore dal seminterrato, o accumulo stagionale in un serbatoio di accumulo dell’acqua molto grande).

Le prestazioni di un impianto fotovoltaico non dipendono esclusivamente dalla qualità delle celle solari. Anche l’equipaggiamento elettrico e lo schema elettrico sono molto importanti. Ad esempio, quando un pannello riceve l’ombra (quella di un albero ad esempio), le prestazioni di tutti i pannelli collegati in serie diminuiscono. Per questo motivo installiamo più inverter (o un solo inverter multistringa ), quando i pannelli sono orientati in due direzioni diverse. È anche possibile installare un microinverter sotto ogni pannello solare (o per coppia di pannelli): sono quindi collegati in parallelo , e il guasto (o l’ombreggiamento) di un pannello non influenza le prestazioni dei pannelli. altro.

Pannelli fotovoltaici on grid o off grid

Un impianto fotovoltaico si definisce on-grid quando è connesso alla rete elettrica del gestore energetico oppure off-grid quando è scollegato. Nel primo caso l’energia che non si consuma viene reimmessa in rete, il gestore la vende a terzi e a noi riconosce un credito per acquistare energia di notte, quando i pannelli non producono (SCAMBIO SUL POSTO).

Il prezzo di riacquisto varia a seconda del distributore, delle dimensioni dell’impianto . Per il proprio fabbisogno elettrico l’edificio dispone di un normale contatore, ed è un “normale” cliente della rete. Sebbene “consumo” e “produzione” siano separati in modo numerico, in realtà gli elettroni seguono il percorso più breve per raggiungere apparecchi e lampade: l’edificio consuma anche la propria elettricità.

Il vantaggio dell’autoconsumo è che incoraggia il proprietario ad adattare l’uso dei suoi dispositivi elettrici (in particolare riscaldamento e produzione di acqua calda) al suo ritmo di produzione.

Come visto sopra, una famiglia standard può coprire il proprio consumo annuo di elettricità (senza contare il riscaldamento o la produzione di acqua calda) con un impianto fotovoltaico da 3 kWp. Tuttavia, il soleggiamento spesso non è in linea con le sue esigenze: i pannelli non forniscono elettricità di notte e producono da 4 a 5 volte in meno a dicembre-gennaio rispetto a giugno-luglio. Tuttavia, è in inverno e di sera che l’elettricità è più necessaria per l’illuminazione, la cucina e il funzionamento degli apparecchi. Pertanto, solo circa un terzo dell’elettricità fornita dai pannelli viene generalmente utilizzata direttamente, mentre gli altri due terzi vengono immessi nella rete pubblica.

La quota di autoconsumo di un edificio può aumentare se lo dotiamo anche di accumulatori (batterie) . Il mercato offre batterie al litio di nuova generazione, delle dimensioni di un frigorifero e in grado di immagazzinare energia sufficiente (circa 10 kWh) per fornire autonomia per diversi giorni. Per uno stoccaggio più ampio, esiste ancora una soluzione sperimentale: utilizzare l’elettricità solare in eccesso per produrre idrogeno dall’acqua (mediante elettrolisi). L’idrogeno, un gas esplosivo e infiammabile, è immagazzinato in bombole. Quando necessario, viene inserito in una cella a combustibile che produce sia elettricità che calore.

In tutti i casi, è utile coordinare l’uso dei consumatori di elettricità con la produzione solare: lavatrici e stoviglie, ricarica di batterie per dispositivi e veicoli elettrici, ecc. Se il riscaldamento e la produzione di acqua calda vengono effettuati con pompa di calore , è possibile aumentare la quota di autoconsumo con una programmazione che tenga conto del meteo e delle fasce di produzione di energia solare (ottimizzatore).

I pannelli fotovoltaici possono elettrificare un edificio che non è collegato a una rete elettrica pubblica tramite un kit fotovoltaico (casa isolata, camper, barca, chalet, rifugio). In questo caso possiamo scegliere la forma di elettricità erogata dalle prese. Se si opta per una corrente continua a 12 o 24 volt (come quella prodotta dai pannelli solari), non è necessario un inverter .

Questo sistema ha il vantaggio di provocare una minore dispersione di energia, ma è necessario dotarsi di appositi dispositivi che funzionino a 12 o 24 volt . Se optiamo per corrente alternata a 230 volt (lo standard delle nostre prese), abbiamo bisogno di un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata e che aumenta la tensione. L’installazione è più costosa da configurare, ma offre una maggiore flessibilità, in particolare perché possiamo utilizzare dispositivi elettrici ordinari che spesso sono meno costosi.

In tutti i casi devono essere fornite le batterie e un box che ne regola la carica (regolatore di carica). Questi sono elementi molto importanti per un impianto solare autonomo e possono rappresentare più della metà del suo costo nel lungo periodo. Le batterie e il caricabatterie devono essere scelti in relazione alla potenza dei pannelli.

Quindi, per dimensionare un impianto solare autonomo, è prima necessario fare un inventario dei dispositivi che si prevede di utilizzare (lampade, frigorifero, computer, ecc.) E totalizzare l’energia che utilizzerebbero per diversi giorni senza sole, funzionante solo a batterie. Poiché esistono molti modelli di batterie e di pannelli solari, è meglio rivolgersi a uno specialista per effettuare la scelta, oppure acquistare un kit completo (pannelli fotovoltaici, attacchi, caricabatterie, batterie).

Le batterie contengono sostanze sgradite nell’ambiente. Quando raggiungono la fine del loro ciclo di vita, abbiamo il dovere di restituirli a un centro di riciclaggio ufficiale o un commercio specializzato.

Pannelli fotovoltaici sicurezza

Qualsiasi installazione e qualsiasi dispositivo elettrico in funzione emette elettrosmog , in altre parole radiazioni elettromagnetiche. I pannelli solari e il cablaggio producono corrente continua che emette meno radiazioni rispetto ai dispositivi a corrente alternata. Se si vive direttamente sotto il tetto su cui si trovano i pannelli fotovoltaici, l’esposizione è bassa (molto al di sotto degli standard) e scompare completamente durante la notte, quando i pannelli non producono più elettricità. In un impianto fotovoltaico che immette la sua elettricità nella rete, è l’inverter quello che probabilmente emetterà più elettrosmog.

Un inverter senza trasformatore emette più di un cosiddetto inverter “galvanicamente isolato”. Secondo il principio di precauzione, evitare di posizionarlo a pochi metri da un luogo in cui si alloggia (non solo dall’altra parte del muro, perché l’elettrosmog passa attraverso i muri). Un altro buon motivo per riporre l’UPS è che di solito produce rumore durante il funzionamento: crepitio elettrico e (spesso) ventola di raffreddamento. Il rumore, che scompare durante la notte, può essere fastidioso per l’uomo e gli animali domestici.

Quando raggiungono la fine della loro vita, i pannelli fotovoltaici sono considerati rifiuti elettronici che devono seguire un processo speciale. In Europa, gli standard per il loro trattamento sono ancora in fase di sviluppo.  Devi sapere che le celle, smontate dalla loro struttura metallica e spogliate del loro cablaggio, devono essere trasportate integre e con attenzione agli impianti di riciclaggio: possono continuare a produrre elettricità se sono esposte al sole, ed è necessario essere in grado di ordinarli in base alla loro composizione. I collettori devono evitare di romperli e schiacciarli per non disperdere polveri irritanti o tossiche.

 

 

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