Che cosa sono gli impianti fotovoltaici? Funzionamento, installazione, tipologie

L'impianto fotovoltaico è un sistema che sfrutta i raggi solari per generare corrente elettrica continua tramite l'effetto fotovoltaico. I pannelli fotovoltaici trasformano l'energia solare in energia elettrica con basse emissioni di CO2 nell'ambiente e senza produrre sostanze di scarto, producendo una quantità di energia sufficiente a rendere autonomo un edificio, mentre l'energia in eccesso può essere venduta al gestore elettrico, tramite un meccanismo di incentivazione statale, procurando un guadagno utile per ammortizzare i costi del primo investimento.

                              (Uno straordinario esempio di impianto fotovoltaico)

Come funziona un impianto fotovoltaico?

L'impianto fotovoltaico è costituito da piccole celle solari, realizzate in silicio amorfo, mono o policristallino, caratterizzate da strisce argentate sulla superficie, ovvero i contatti chimici per la connessione in serie di più celle, formando, così, un modulo fotovoltaico. Dall'unione di più moduli nasce l'impianto fotovoltaico.

La parte più importante dell'impianto è, dunque, il modulo o il pannello, costituito da celle fotovoltaiche, le quali devono il nome alla capacità di trasformare i fotoni, gli atomi delle radiazioni solari, in volt, ovvero in energia elettrica. Alla nostra vista appaiono come piccole piastrelle nere o blu scure con lunghezza laterale fino a circa 10 cm, realizzate in silicio, sopra le quali viene stesa una sottile lastra di vetro per preservare il materiale semiconduttore. Grazie al collegamento in serie, le celle vengono attraversate dalla radiazione solare generando corrente continua tra il lato superiore e il lato inferiore a una tensione di circa 0,5 Volt, tramite l'effetto fotovoltaico: stesso principio utilizzato nelle radio e calcolatrici solari.

Fornendo, però, solo corrente continua, adatta per la sola carica di accumulatori o per l'attivazione di apparecchi elettrici, la corrente elettrica generata dal pannello fotovoltaico deve essere trasformata in corrente alternata per poter essere utilizzata per alimentare lo scaldabagno, la tv, la lavastoviglie etc. Ciò è possibile tramite l'inverter, in seguito al quale, vi è l'immissione nella rete elettrica pubblica. L'impianto fotovoltaico lavora in parallelo con la rete elettrica locale, permettendo di evitare l'accumulo della corrente generata e fruire di tutta l'energia disponibile in tempo reale, immagazzinandola a basso costo.

          

(Schema di connessione alla rete elettrica: dall'assorbimento della radiazione solare all'immissione in rete - da Elmecsolar.it) 

Per ricapitolare: il video informativo sul funzionamento di un impianto fotovoltaico

Il video seguente pubblicato da Paolo Rocco Viscontini - Presidente di Enerpoint descrive in modo dettagliato ma semplice il funzionamento di un impianto fotovoltaico, la sua importanza nello sfruttamento delle risorse rinnovabili, utile per comprendere in pochi minuti la sua applicazione nella vita quotidiana:

Il rendimento dei pannelli solari

Un particolare di rilievo è che il pannello o modulo viene unito ad uno strato conduttore di calore in cemento, atto a ridurre il livello di surriscaldamento: l'energia solare in eccesso, che il pannello non riesce a convertire in energia, è un ostacolo nel rendimento termico e riduce sensibilmente l'efficienza delle celle solari. Per questo motivo è necessario conoscere i fattori che potrebbero influenzare il rendimento termico dell'impianto fotovoltaico, ovvero la tipologia di silicio utilizzata per la costruzione delle celle solari. Vediamo lo schema seguente a parità di mq di installazione.

 

Pannello fotovoltaico al silicio amorfo rendimento pari al  6-10%;

                  

Pannello fotovoltaico al silicio monocristallino rendimento pari al 13-17%;

             

Pannello fotovoltaico al silicio policristallino rendimento pari al 12-14%

Tipologie di impianti fotovoltaici

Gli impianti fotovoltaici possono essere installati nella facciata della vostra casa, sul tetto, sia piano che inclinato, o posizionati nella terrazza, previo orientamento a Sud e con un'inclinazione di 30°, in modo da ottenere un assorbimento ottimale dell'irraggiamento solare che, con quell'inclinazione, permettono di avere più ore di luce a disposizione.

Fermo restando che i pannelli solari sono studiati e progettati per captare ogni minima radiazione solare, si distinguono per autonomia o per la necessità di utilizzare la rete elettrica locale in:

  • autonomi, producono l'energia necessaria a soddisfare il fabbisogno energetico di un'abitazione standard e non sono integrati ad una rete elettrica;
  • connessi alla rete, chiamati anche impianti fotovoltaici grid connected, sono collegati alla rete elettrica e in questo modo, nelle ore in cui l'impianto non produce energia, questa viene prelevata dalla rete del gestore locale, che a sua volta nel momento in cui l'energia prodotta è in sur plus, ovvero non viene auto consumata, la accumula e la contabilizzata costituendo un credito per l'utente;
  • gli impianti fotovoltaici per utenze isolate, chiamati anche impianti fotovoltaici stand alone, garantiscono la fornitura di energia elettrica in zone in cui non vi è la rete locale, come case in montagna, etc.;
  • gli impianti fotovoltaici anti-blackout, funzionano secondo il sistema di connessione in rete, ma nel momento in cui vi è un black out dovuto al vostro gestore elettrico e anche il vostro impianto fotovoltaico si blocca, questo sistema vi garantisce l'erogazione della corrente elettrica.

Impianti fotovoltaici con caratteristiche innovative integrati negli edifici

Gli impianti fotovoltaici con caratteristiche innovative integrati negli edifici è la tipologia di sistema solare che, primariamente, il IV Conto Energia, e ora anche il V Conto Energia richiede di installare per l'ottenimento delle tariffe incentivanti, su un impianto con potenza da 1 kW a 5 MW, classificando in questa categorie un impianto fotovoltaico realizzato con speciali componenti o moduli non convenzionali, come  coppi fotovoltaici, finestre fotovoltaiche, etc.,  che devono necessariamente:

  • Favorire l'integrazione architettonica in:
  • coperture degli edifici
  • superfici opache verticali, trasparenti o semitrasparenti
  • superfici apribili, come porte, finestre e vetrine;       
                                                                                                                                                                                   

                 (Esempio di integrazione architettonica e estetica con tegole fotovoltaiche)

  • Corrispondere a determinativi principi costruttivi:
  • i moduli e componenti devono possedere innovazioni di carattere tecnologico e essere realizzati per produrre energia elettrica, ma anche la funzione di: 
  • protezione o regolazione della temperatura dell'edificio;
  • impermeabilizzazione della struttura edilizia;
  • garantire la tenuta meccanica allo stesso livello dell'elemento strutturale che andrà a sostituire.

(Sistema di scolo delle acque piovane che permette di migliorare l'impermeabilizzazione, assicurare la protezione e la regolazione della temperatura dell'edificio)

  • Seguire delle determinate modalità di installazione, prevedendo:
  • la sostituzione dei componenti architettonici degli edifici;
  • il rivestimento: i moduli devono rivestire le parti dell'edificio;
  • integrazione estetica: i moduli devono integrarsi armoniosamente nel piano architettonico dell'intero edificio.

 

                                   (Tegole fotovoltaiche integrate nel tetto di un edificio)

 

                     (Un esempio di fotovoltaico integrato, con rivestimento e sostituzione)

 

                          (Esempio di integrazione di moduli fotovoltaici a impatto visivo nullo)

Autore Maria Francesca Massa

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