L’effetto fotovoltaico venne osservato ufficialmente nel 1839 dal fisico francese Becquerel, ma la primigenia cella fotovoltaica con la conversione diretta dell’energia solare in energia elettrica risale al 1879, grazie all’inventore statunitense Charles Fritts.
Le ricerche sull’effetto fotoelettrico che valgono per Einstein nel 1921 il premio Nobel, lo sviluppo negli anni ’50 da parte degli scienziati Pearson-Chaplin-Fuller della prima cella solare al silicio capace di generare una corrente elettrica misurabile, l’equipaggiamento con questi dispositivi di tutti i satelliti americani e russi dagli anni ’60, la prima calcolatrice Sharp nel 1976 dotata di celle capaci di ricaricare le pile a bottone, l’installazione dal 1978 nelle zone impervie dell’Australia di reti comunicative ad energia fotovoltaica, l’integrazione con sistemi fotovoltaici di edifici commerciali dal 1999, la diminuzione dei prezzi costituenti il sistema negli anni 2005-2010 dovuta alla standardizzazione del settore, hanno permesso la grande svolta del settore di questi ultimi anni.
Nel periodo 1990-2015, sempre nei paesi OCSE (Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico), la singola fonte rinnovabile a essere cresciuta maggiormente in termini percentuali è il fotovoltaico, +44% in media ogni anno, anche se nel 2015 produceva ancora circa il 7% dell’energia elettrica verde complessiva.
Secondo gli analisti finanziari più accreditati tra cui Bloomberg, essendo il sole la principale fonte di energia disponibile sulla terra, il 34% dell’energia elettrica mondiale sarà prodotto da FOTOVOLTAICO ed eolico entro il 2040.
Ma cosa significa IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
Si definisce SISTEMA FOTOVOLTAICO “l’insieme dei componenti meccanici, elettrici ed elettronici che concorrono a captare e trasformare l’Energia Solare disponibile, rendendola utilizzabile dall’utenza sotto forma di Energia Elettrica”.
Un IMPIANTO FOTOVOLTAICO trasforma direttamente e istantaneamente l’energia solare (la radiazione solare che incide su una superficie prende il nome di IRRAGGIAMENTO SOLARE) in energia elettrica (facendo un’analogia con l’idraulica, la corrente elettrica che circola in un circuito elettrico è paragonata al flusso dell’acqua che scorre in una tubazione); questa tecnologia funziona mediante l’effetto fotoelettrico, per mezzo del quale facendo reagire attraverso “drogaggi” (processi chimici) il fotone (particella elementare, quantità minima indivisibile della luce) della radiazione solare con gli elettroni di alcuni materiali detti semiconduttori, si genera elettricità.
L’energia elettrica prodotta sarà, ovviamente, proporzionale all’energia solare incidente (quantità di energia che raggiunge una superficie), alla temperatura e alla superficie della cella e varia nel corso della giornata da istante a istante, al variare delle stagioni, al variare delle condizioni atmosferiche, da un luogo geografico all’altro e alla scelta di orientamento dei pannelli.
Esistono due tipologie di impianti fotovoltaici ovvero i Sistemi ISOLATI e quelli CONNESSI in RETE.
Sistemi Fotovoltaici ISOLATI
Nei Sistemi ISOLATI i componenti principali sono rappresentati dal campo fotovoltaico (l’insieme dei moduli che catturano la luce del sole) che alimenta direttamente l’utenza, da una centralina di controllo tensione/corrente, da un inverter, cioè un convertitore d’energia da corrente continua (DC, elettricità che scorre in un solo verso, come l’acqua in un tubo che va sempre nella stessa direzione) ad alternata (AC, elettricità che cambia direzione continuamente, come l’acqua in un tubo che va avanti e indietro), più economica e adatta all’utenza domestica. Questi sistemi possono prevedere degli accumulatori elettrochimici, le cosiddette batterie.
I sistemi isolati sono molto utili per l’alimentazione di utenze non particolarmente energivore e difficilmente raggiungibili dalla rete: segnaletica stradale, lampioni, sistemi di irrigazione automatica, telecomunicazioni, etc…
Sistemi Fotovoltaici CONNESSI in RETE
Questa tipologia connessa in rete presenta una struttura di base semplice ovvero il solo campo fotovoltaico con l’inverter, così da generare energia elettrica e renderla disponibile all’utenza; oppure scambiarla con la rete.
In sintesi, l’impianto fotovoltaico produce e l’energia può essere autoconsumata istantaneamente dall’utenza oppure se non immagazzinata nelle batterie d’accumulo, immessa in rete; l’intero flusso energetico è contabilizzato da un contatore di produzione posto a valle del generatore e da un contatore bidirezionale posto sul punto di prelievo.
I componenti principali dell’impianto fotovoltaico così da trasformare l’energia solare in energia elettrica sono:
- Pannelli Fotovoltaici
- Centralina di controllo
- Inverter
- Accumulatori (facoltativi)
- Struttura di supporto
- Allacciamento alla rete elettrica
Pannelli Fotovoltaici
(o campo fotovoltaico)
Il componente elementare del sistema fotovoltaico e specificatamente del campo fotovoltaico è la CELLA FOTOVOLTAICA. Essa è costituita da una sottile “fetta” (lingotti cristallini detti wafers) di un materiale semiconduttore e nel caso, silicio, di spessore pari 0,2-0,3 millimetri, rotonda o quadrata e può avere una superficie compresa tra i 100 e 225 cm2. Il silicio viene drogato mediante l’inserimento su una faccia di atomi di Boro e sull’altra faccia, con piccole quantità di Fosforo. Nella zona di contatto tra i due strati a diverso drogaggio si determina un campo elettrico; quando la cella è esposta alla luce, per effetto fotovoltaico, si generano delle cariche elettriche e, se le due facce della cella sono collegate ad un utilizzatore (elettrodomestici, sistemi di climatizzazione, illuminazione, apparecchiature elettriche, etc…), si avrà un flusso di elettroni (cariche elettriche negative all’interno degli atomi) sotto forma di corrente continua.
Una cella fotovoltaica di silicio policristallino (monocristallino quando le celle sono orientate nello stesso verso e legate uniformemente; policristallino quando le celle sono aggregate formando grani cristallini orientati diversamente) di dimensioni 15x15cm si comporta come una minuscola batteria e nelle condizioni di soleggiamento tipiche italiane (radiazione solare media globale: 1.200,00kWh/m2/anno al Nord, 1.500,00 kWh/m2/anno al Centro e 1.850,00 kWh/m2/anno al Sud), alla temperatura di 25°C (la tensione della cella diminuisce al crescere della temperatura), fornisce una corrente di potenza istantanea compresa tra i 3 e i 6 watt di picco.
Potenza da 3 a 6 watt che risulta insufficiente per applicazione pratiche; per accrescere la potenza le celle sono collegate tra di loro in maniera da costituire un modulo solare, costituiti a seconda della configurazione da 48-60-72 celle e la cui potenza può arrivare a 350 watt. Il modulo solare è una sorta di sandwich che prevede anterioremente una lastra di vetro di protezione dotata di ottima trasmittanza e buona resistenza meccanica, un foglio sigillante di EVA (acetato vinil-etilenico) per proteggere le celle dagli agenti atmosferici, le celle, un ulteriore foglio di EVA e da una seconda lastra di vetro o tedlar (materiale polimerico resistente ai raggi UV) per proteggere il panello dal retro; il sandwich detto laminato viene racchiuso in una lastra d’alluminio estruso anodizzato.
L’insieme dei moduli solari costituiscono il campo fotovoltaico e se collegati in serie formano una stringa; più stringhe costituiscono un collegamento in parallelo. La corrente totale del campo fotovoltaico è data dalla somma delle correnti in uscita dalle singole stringhe.
Inoltre, non confondere i Pannelli Fotovoltaici/Solari con i Pannelli Solari Termici; termine con cui vengono indicati si moduli che catturano energia solare, non però per trasformarla in energia elettrica ma in energia termica: acqua calda sanitaria o riscaldamento.
Centralina di controllo
La centralina di controllo tensione-corrente è il cervello tecnico dell’impianto fotovoltaico: regola, controlla, ottimizza e protegge il flusso di energia elettrica tra pannelli, inverter, accumulatori (se presenti) e utilizzatori.
Protegge da sovratensioni, sovracorrenti o anomalie; ottimizza la produzione anche in presenza di variazioni di irraggiamento, ombre parziali o moduli non uniformi; se l’impianto è dotato di batterie d’accumulo, controlla quando caricarle e scaricarle; è l’interfaccia di display, app e portali web.
Inverter
L’inverter è il cuore elettronico dell’impianto fotovoltaico, che trasforma l’energia elettrica in corrente continua (DC) prodotta dai pannelli fotovoltaici in corrente alternata (AC), cioè quella utilizzata dalle case e dalla rete elettrica. Senza inverter, l’energia solare non sarebbe compatibile né con gli elettrodomestici di casa né con la rete elettrica, a cui cederla.
Oltre a questa funzione, l’inverter regola tensione per estrarre dai pannelli la massima potenza disponibile, protegge l’impianto da sovratensione o anomalie di rete, monitora autoconsumo nonché energia immessa/prelevata e coordina il flusso di energia tra pannelli-batterie-rete.
Essendo una delle componenti più costose dell’impianto è importante che tu scelga il modello più adatto; inoltre non dimenticare che ha una durata limitata (media 8-12 anni) rispetto ai pannelli (media 25-30 anni), teme l’umidità oltre alle polveri ed alle alte temperature: opportuna installazione in luogo protetto e ben ventilato.
Accumulatori (facoltativi)
Gli Accumulatori o Batterie di Accumulo sono dispositivi che immagazzinano l’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici e non subito consumata, per usarla successivamente: di notte, in giornate nuvolose, nei momenti di picco dei consumi o durante un blackout.
Ti permettono se installati (scelta facoltativa), di ridurre la dipendenza dalla rete elettrica, e di usare il 70-80% dell’energia prodotta rispetto al 30-40%.
Sono però la parte più costosa dell’impianto e come l’inverter hanno una durata limitata ai 8-12 oltre alla necessità di essere installati in luogo ventilato non troppo caldo.
Struttura di supporto
La struttura di supporto è l’ossatura dell’impianto fotovoltaico. Costituita dall’insieme di elementi meccanici che sostiene i pannelli fotovoltaici, indipendentemente da tetti piani o inclinati, garantisce il corretto orientamento e l’inclinazione migliore per massimizzare la produzione di energia, si oppone all’azione degli agenti atmosferici e protegge la superficie da danni meccanici.
Allacciamento alla rete elettrica
L’allacciamento alla rete elettrica è rappresentato dalla struttura fisica, dispositivi elettrici e cavi che collegano in sicurezza la produzione di energia solare all’impianto elettrico domestico (energia utilizzata) e alla rete del distributore (energia ceduta).
Paragonabile al sistema cardiocircolatorio del corpo umano, permette evitando rischi elettrici o danni alla rete, la connessione in sicurezza tra pannelli e inverter nonché tra inverter ed impianto domestico/rete elettrica.
Essa comprende il quadro di campo DC, il quadro AC, i contatori elettrici, i dispositivi di interfaccia, i cavi e i sezionatori.
Visti i componenti fondamentali,
POSSO INSTALLARE
un IMPIANTO FOTOVOLTAICO a CASA MIA?
Invece di procedere con una installazione “alla cieca” perché ti è stato raccontato che le bollette si azzerano per sempre, che l’impianto si ripaga da solo, che guadagnerai in automatico in quanto diventerai produttore di energia, che funziona al 100% giorno e notte, che devi sbrigarti perché gli incentivi scadono domani o viceversa rinunciare “a priori”perché funziona solo nel sud Italia, perché serve molta manutenzione, perché di notte è inutile, perché costa troppo, perché con le nuvole non funziona, perché rovina il tetto, perché serve sempre sole diretto, perché dopo qualche anno non funziona più o funziona meno, perché inquina e non è smaltibile e non funziona se va via la corrente, fondamentale non affidarsi a strilloni di turno ma incaricare un professionista che, attraverso la tecnica del DIAGRAMMA POLARE SOLARE (detto anche diagramma del percorso solare o sun path diagram) valuti:
- L’eventuale ombreggiamento dovuto alla proiezione di ostacoli circostanti quali edifici confinanti, alberi, antenne, rilievi, etc….
- L’ottimizzazione dell’orientamento e dell’inclinazione dei pannelli, scegliendo l’angolo che massimizza l’incidenza dei raggi.
- La resa dell’impianto, confrontando i periodi di piena esposizione solare con quelli parzialmente ombreggiati.
- La convenienza d’installazione dell’impianto rispetto alla presenza di ombre nei momenti chiave della giornata, tra le 10:00am e le 16:00pm.
Qual è l’ITER AUTORIZZATIVO per poter installare un
IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
Negli ultimi anni, dal 2015 (Decreto Ministero dello Sviluppo Economico del 19 maggio 2015) in avanti è stata introdotta una semplificazione burocratica per gli impianti sotto i 20kWp (kWp significa kilowatt picco e indica la potenza massima teorica che un impianto fotovoltaico) in quanto se l’impianto è aderente o integrato al tetto, con la stessa inclinazione e senza modifica della sagoma dell’edificio, fatto salvo la presenza di vincoli (storico-artistici, architettonici, paesaggistici, urbanistici) che rendono indispensabile un’autorizzazione specifica, la procedura si serve di un Modello Unico che consente nel raccogliere in un’unica pratica l’autorizzazione comunale, la richiesta al Distributore Locale (Enel, Unareti, etc…) per la connessione in rete e la registrazione al GSE (Gestore dei Servizi Energetici) per lo scambio di energia elettrica sul posto (detto anche Ritiro Dedicato).
Quanto COSTA un
IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
Il costo reale di un impianto fotovoltaico non è fisso dipende molto da 6 variabili:
- QUALITA’ COMPONENTI: modelli standard da tipologie premium/top di gamma fanno la differenza nell’efficienza dell’impianto, nella durata temporale del prodotto nonché nel degrado annuo.
- I Pannelli Fotovoltaici che incidono per il 35-45% circa sul costo totale dell’impianto, nella tipologia standard in silicio policristallino o monocristallino e nel top di gamma, monocristallini ad alta efficienza: maggiore produzione di energia a parità di superficie; 20-25 anni di garanzia prodotto contro 10-12 anni; 0,25% di degrado annuo contro 0,5%.
- L’Inverter che incide per il 15-20% circa sul costo totale può essere centralizzato o ibrido con ottimizzatore di potenza per ogni pannello (utile se ci sono ombre) o con garanzie che variano da 5-10 anni a 15-20 anni.
- La Struttura di Supporto incide per il 10-15% circa sul costo totale variando rispetto alla tipologia di tetto se a falde o piano, se con zavorre o senza per la resistenza al vento, se in acciaio zincato o alluminio anodizzato per un maggiore contrasto alla corrosione, se con necessità di abbattimento della potenziale infiammabilità di materiali isolanti presenti.
- DIMENSIONAMENTO: impianto standard da 3kWp oppure da 4,5kWp sino a 6kWp.
- ACCUMULO SI o NO: la presenza di batteria di accumulo comportano un raddoppio dell’investimento iniziale.
- GRADO DIFFICOLTA’ d’INSTALLAZIONE: accessibilità della copertura, presenza di linea vita, necessità di gru e/o ponteggi variano i costi d’installazione.
- TIPOLOGIE PRATICA BUROCRATICA: il Modulo Unico solitamente viene incluso nel prezzo mentre iter burocratici per autorizzazioni specifiche, fanno lievitare il costo d’impianto. Così come eventuali valutazioni statiche di compatibilità strutturale.
- SERVIZI di ASSISTENZA e MANUTENZIONE PERIODICA: un servizio di assistenza di base possono prevedere la pulizia periodica dei pannelli per rimuovere polvere e detriti, l’ispezione visiva per verificare l’integrità dei componenti, il controllo dei collegamenti per prevenire malfunzionamenti e surriscaldamenti e il monitoraggio delle prestazioni per prevenire cali di rendimento.
Servizi aggiuntivi possono includere ispezione termografiche per individuare anomalie sui pannelli, il controllo del funzionamento corretto dell’inverter, la verifica delle stringhe, il controllo del sistema di ancoraggio, l’analisi delle protezioni elettriche e la verifica del rischio incendio.
Relativamente ai 6 punti precedenti il costo medio chiavi in mano di un impianto domestico fotovoltaico e tra i 1.500,00-3.000,00€/kWp a cui aggiungere 1.000,00-1.500,00€/kWh per le batterie di accumulo (mediamente 10kWh).
Qual è il TEMPO di RIENTRO di un
IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
Il tempo di rientro abbiamo visto dipendere oltre che dagli eventuali benefici fiscali vigenti, dalla resa.
Ipotizzando tre configurazioni (Standard, Top di Gamma/Premium e con Batteria di Accumulo 10kWh) di impianto fotovoltaico da 6kWp, un consumo domestico medio di 4.500,00kWh/anno, un costo dell’energia pari a 0,28€/kWh, un compenso per l’energia immessa in rete di 0,10€/kWh, una produzione di 7.200,00kWh nella configurazione Standard e di 7.600,00kWh nella configurazione Top di Gamma, un autoconsumo pari al 35% negli impianti Standard (costo impianto 7.500,00€), 38% negli impianti Premium (costo impianto 9.750,00€) e 75% dove presente Accumulo (costo impianto 16.500,00€), un costo di manutenzione pari all’1% annuo del costo d’impianto avremo:
- Un BENEFICIO ANNUO NETTO pari a 1.100,00-1.400,00€/anno
- Un PAYPACK PERIOD (Periodo di Recupero dell’investimento iniziale) di 7 anni circa nella configurazione Standard, di 8 anni nella configurazione Premium e 12 anni con Accumulo. Tempi che andrebbero a ridursi notevolmente con il Bonus Ristrutturazioni 50%.
“Che eccezionale fonte di energia è l’energia solare!
Speriamo di non dover aspettare l’esaurimento di petrolio e carbone per poterla sfruttare.”
(Thomas A. Edison nel 1931)
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