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L’impianto

impianto_fotovoltaico_fenestrelle_6kw_2Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in tre grandi famiglie:
impianti “grid-connect”: sono impianti connessi ad una rete di distribuzione esistente e gestita da terzi;
impianti “ad isola” (detti anche “stand-alone”): non sono connessi ad alcuna rete di distribuzione, per cui sfruttano direttamente sul posto l’energia elettrica prodotta e accumulata in un accumulatore di energia (batterie);
impianti “Ibridi”: Restano connessi alla rete di distribuzione, ma utilizzano principalmente l’energia solare, grazie all’accumulatore. Qualora l’accumulatore è scarico (ad esempio la notte) una centralina predisporrà l’acquisizione di energia, collegando l’immobile alla rete elettrica per la fornitura. Attenzione: La centralina deve essere a norma Cei e deve costituire un gruppo di continuità UPS, altrimenti si violano le normative.

Impianti fotovoltaici a isola
Questa famiglia è al servizio di quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche, come la rete nazionale in C.A., che si riforniscono da un impianto fotovoltaico elettricamente isolato ed autosufficiente.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono generalmente:
Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
Regolatore di carica, deputato a stabilizzare l’energia raccolta e a gestirla all’interno del sistema;
Batteria di accumulo, costituita da una o più batterie ricaricabili opportunamente connesse (serie/parallelo) deputata/e a conservare la carica elettrica fornita dai moduli in presenza di sufficiente irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte degli apparecchi elettrici utilizzatori.
Inverter altrimenti detto convertitore C.C./C.A., deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello (solitamente 12 o 24 volt) in una tensione alternata (AC) più alta (in genere 110 o 230 volt per impianti fino a qualche kW, a 400 volt per impianti con potenze oltre i 5 kW)
Il campo fotovoltaico in genere impiegato per gli impianti ad isola è ottimizzato per una specifica tensione di sistema, valutata in fase di progettazione. Le tensioni più utilizzate sono 12 o 24 V. Conseguentemente, dato che la maggior parte dei moduli fotovoltaici utilizzati in questa tipologia di impianti ha tensioni in uscita pari a 12 o 24 V, le cosiddette stringhe elettriche che formano il campo sono costituite da pochissimi moduli, fino al limite del singolo modulo per stringa. In quest’ultimo caso, in pratica, il campo fotovoltaico è costituito da semplici paralleli elettrici tra moduli, dotati di diodi di stringa per la protezione dalle cosiddette correnti inverse di cui tratteremo più oltre.
Il regolatore di carica è un dispositivo elettronico che possiede le seguenti funzionalità minime:
sezionamento automatico del campo fotovoltaico (inteso come insieme di tutti i moduli) dalla batteria di accumulatori nel caso in cui la tensione erogata dai moduli sia inferiore a quella minima di ricarica degli accumulatori (cielo molto coperto, notte, guasti, interruzioni per manutenzioni ecc.) in questo caso i moduli si comporterebbero come dei carichi scaricando gli accumulatori;
sezionamento automatico del campo fotovoltaico dagli accumulatori in caso di ricarica completa ed eventuale bypass della corrente prodotta dai moduli in modo da inviarla direttamente all’inverter nel caso ci sia richiesta di energia da parte degli apparecchi utilizzatori;
sezionamento automatico del campo fotovoltaico dagli accumulatori in caso di scarica totale di questi ultimi (batteria ormai esaurita) ed eventuale bypass della corrente prodotta dai moduli in modo da inviarla direttamente all’inverter nel caso ci sia richiesta di energia da parte degli apparecchi utilizzatori;
L’accumulatore è in genere costituito da monoblocchi, o elementi singoli specificamente progettati per cariche e scariche profonde e cicliche. Negli impianti che devono garantire continuità di servizio anche alle più severe condizioni non sono, in genere impiegati accumulatori per uso automobilistico, che pur funzionando a dovere hanno bassa “vita utile” ossia tollerano un minor numero di cicli di carica e scarica rispetto ad accumulatori progettati e costruiti appositamente per questa tipologia di impiego. Nel caso di installazioni degli accumulatori su palo o in altezza (per es. pubblica illuminazione o lampione fotovoltaico) non possono essere utilizzati accumulatori per uso automobilistico in quanto eventuali perdite di elettrolita (che è costituito da una soluzione altamente corrosiva) persone, animali e cose potrebbero riportare seri danni. In queste installazioni si utilizzano appositi accumulatori nel quale l’elettrolita liquido è sostituito da uno speciale gel.

Impianti fotovoltaici connessi alla rete
Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC, ma che immettono in rete la produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete, contribuendo alla cosiddetta generazione distribuita.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:
campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
inverter, deputato a stabilizzare l’energia raccolta, a convertirla in corrente alternata e ad iniettarla in rete;
quadristica di protezione e controllo, da situare in base alle normative vigenti tra l’inverter e la rete che questo alimenta.
componente spesso sottovalutata, i cavi di connessione, che devono presentare un’adeguata resistenza ai raggi UV ed alle temperature.

Caratteristiche tecniche
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e l’unità di misura è il chilowatt (simbolo: kW).
La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, per la tecnologia policristallino e monocristallino, circa 8 m² / kW (se esposti a Sud) ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d’ombra prodotte da ostacoli tipo (camini antenne TV ecc.), se montati in modo complanare alle superficie, invece se montati in modo non complanare si deve tenere conto dell’ombra che gli stessi pannelli producono e quindi la superficie impiegata è di circa 20 m²/kW. Da osservare che ogni tipologia di cella ha un tipico ingombro superficiale, con le tecnologie a silicio amorfo oltre i 20 m²/ kW e 9 m² / kW per la tecnologia CIS. Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l’irraggiamento captato dai moduli. Queste file vengono stabilite per esigenze geometriche del sito di installazione e possono o meno corrispondere alle stringhe.
In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso, l’unico componente disposto in esterni è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti (es. shelter).
L’energia prodotta è tanto maggiore quanto più l’impianto gode di un’esposizione favorevole all’irraggiamento solare, che è funzione dell’eliofania e massima con determinati angoli di inclinazione rispetto ad un piano orizzontale al suolo e per esposizioni il più possibile verso sud.
Per massimizzare la captazione dell’irraggiamento solare si progettano e si realizzano sempre più moduli fotovoltaici ad inseguimento solare che adattano cioè l’inclinazione del pannello ricevente all’inclinazione dei raggi solari durante il giorno e la stagione.

Potenze e Conto Energia 
La prassi vuole che gli impianti fotovoltaici vengano suddivisi per dimensione in 3 grandi famiglie, con un occhio di riguardo soprattutto a quelli connessi alla rete:
Piccoli impianti: con potenza nominale inferiore a 20 kW;
Medi impianti: con potenza nominale compresa tra 20 kW e 50 kW;
Grandi impianti: con potenza nominale maggiore di 50 kW.
Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana del Conto energia, tuttavia il 2° Conto Energia (febbraio 2007) definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kW, da 3 a 20 kW e oltre i 20 kW.
L’Stmg e il Testo Unico della Produzione Elettrica definisco i criteri di allacciamento per impianti fotovoltaici superiori a 1 kWp fino ad impianti di grandi dimensioni.

Dimensionamento
Nell’ambito della progettazione, il dimensionamento dell’impianto si fa usualmente tenendo in conto della potenza desiderata o necessaria a coprire un certo fabbisogno nonché delle condizioni di insolazione del posto di installazione strettamente dipendenti dall’eliofania del posto a sua volta dipendente principalmente dalla latitudine, dall’esposizione, inclinazione e superficie disponibile del tetto (per impianti domestici), dalle condizioni medie di nuvolosità, dalle perdite (efficienza) dell’inverter: da tutti questi fattori si risale alla misura della superficie di panelli fotovoltaici necessaria a soddisfare le specifiche di impianto in termini di potenza richiesta.
In altre circostanze il dimensionamento può non essere necessario qualora si voglia sfruttare comunque l’intera superficie a disposizione per produrre il massimo di energia elettrica possibile. In tutti i casi risulta necessaria una valutazione o studio di fattibilità economica che valuti la realizzabilità tecnica e la convenienza economica ovvero costi e ritorni dell’investimento in base all’energia elettrica annuale stimata prodotta e ai tempi inevitabili di dismissione dell’impianto.