Energia Fotovoltaica

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presentation of photovoltaic energy for a energy auditor training course

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  • 1. 20081016 Sommario LA FONTE SOLARE Energia fotovoltaica ASPETTI TECNOLOGICI ESEMPI DI REALIZZAZIONI PRESTAZIONI DEGLI IMPIANTI DETTAGLIO COMPONENTI Giovedì 16 ottobre 2008 MERCATO APPLICAZIONI PANORAMA NORMATIVO ANALISI ECONOMICA ECONOMIA E ARCHITETTURA Franco Pecchio FV ED EFFICIENZA ENERGETICA 2 20081016 20081016 La fonte solare La fonte solare La radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre si distingue in diretta, diffusa e riflessa (o di albedo). Parte della radiazione La potenza specifica che arriva sulla Terra massima totale all’esterno viene filtrata dalla dell’atmosfera corrisponde nostra atmosfera ... a circa 1500 W/mq 3 4 1
  • 2. 20081016 20081016 La fonte solare La fonte solare Nell’emisfero Nord il modulo deve essere posizionato verso Sud. L’inclinazione è piuttosto importante: deviazioni di qualche decina di gradi rispetto all’inclinazione ottimale causano sensibili variazioni dell’energia raccolta nell’arco dell’anno … inoltre, di tutto lo spettro solare che raggiunge il livello del suolo, solo una parte risulta utile per la conversione fotovoltaica 5 6 20081016 20081016 La fonte solare La fonte solare Esempio di variazioni Esistono atlanti solari che della radiazione raccolgono i dati di captata nell’anno radiazione su diversi solare per differenti piani (orizzontale, angoli di inclinazione inclinato 10° 30° ecc.) di , della superficie fondamentale importanza esposta per la fattibilità e la progettazione degli impianti 7 8 2
  • 3. 20081016 20081016 Effetto fotovoltaico Effetto fotovoltaico Funzionamento della cella fotovoltaica: E’ un fenomeno fisico-chimico conversione diretta della luce in energia in cui l’effetto provocato da un elettrica. fascio luminoso su un elemento semiconduttore consente di generare un campo elettrico e quindi un flusso elettronico che, in caso di connessione della cella con conduttori all’interno di un circuito chiuso, si traduce in corrente elettrica 9 10 20081016 20081016 Effetto fotovoltaico Effetto fotovoltaico Si parla di MWp Diversi tipi di P = picco Picco di produzione celle per per la potenza della congiunzion cella con massima e e loro radiazione solare incidente = massima efficienza di capacità produttiva conversione La potenza massima elettrica erogabile in condizioni di illuminazione e temperatura specificate viene misurata in Watt di picco (Wp) 11 12 3
  • 4. 20081016 20081016 Effetto fotovoltaico Effetto fotovoltaico Curva di apprendimento tecnologico Il valore della ricerca nei sistemi fotovoltaici Tecnologia nota per un trentennio con miglioramenti continui di 4 scale di grandezza nonostante non fosse incentivata... 13 14 20081016 20081016 Moduli e generatore fotovoltaico Array Il generatore fotovoltaico è …quindi, un generatore l’insieme dei moduli fotovoltaico è composto da fotovoltaici. n stringhe in parallelo fra I moduli fotovoltaici sono loro. collegati elettricamente fra loro a gruppi: ogni gruppo è Esempio: chiamato STRINGA ed è stringa da 12 moduli = 216 compostoda n moduli in serie Vn, 5A per raggiungere la tensione stringa da 20 moduli = 330 voluta. Vn, 5A Ogni stringa ha quindi corrente pari a quella del singolo n° 2 stringhe da 8 mod = modulo che la compone ma 216 Vn, 10 A tensione pari a n volte quella n° 2 stringhe da 20 mod = del singolo modulo... 330 Vn, 10A 15 16 4
  • 5. 20081016 20081016 Dispositivi di conversione Dispositivi di conversione rigido Monocristallino CIS 90% mkt share (rame, indio semitrasp e selenio) arente Amorfo 10% mkt share 17 flessibile 18 20081016 20081016 Come è fatto un tetto Peculiarità del fotovoltaico fotovoltaico PREGI DIFETTI indipendente dal sito bassa efficienza nessun consumo di costo elevato combustibile nessuna emissione evoluzione tecnologica lenta inquinante (laboratorioproduzione: nessun emissione acustica 15 anni) totale modularità (da 1W ai megawatt) ingegneristicamente semplice vita utile e garantita di più di 20 anni ideale per l’ambiente urbano 19 20 5
  • 6. 20081016 20081016 Impianto isolato dalla rete Grandi Impianti • Regolatore di carica • Batterie Centrale ENEL di Serre (SA) Potenza installata 3,3 MWp 21 22 20081016 20081016 Grandi impianti Impianti innovativi Solar Integrated Technologies advertises as a leading Facciata tecnologica provider of building integrated photovoltaic (BIPV) digitale per il quot;Xicui roofing Entertainment systems, Complexquot; a Beijing such as the 329kW installation of PV solar roofing for Coca-Cola in Los Angeles. 23 24 6
  • 7. 20081016 20081016 Retrofit in edilizia Tamponamenti in edilizia 25 26 20081016 20081016 Facciate integrate Frangisole e ombreggiamenti 27 28 7
  • 8. 20081016 20081016 Arredo urbano Arredo urbano - illuminazione 29 30 20081016 20081016 Esempi di applicazioni rurali Arredo urbano - segnaletica PV Water Pumping Solar Home (Tanzania) System (China) Solar Home System (Honduras) 31 32 8
  • 9. 20081016 20081016 Esempi di applicazioni connesse alla rete Schema funzionale Sanyo Building with PV Façade (Japan) BP Service Station (Spain) House with PV Integrated Roof (Japan) 33 34 20081016 20081016 MODULI E GENERATORE Schema di connessione modello: SF 115 (36 celle) tipo: monocristallino con o senza cornice certificazioni: certificato IEC 61215, classe II terminazione: cassetta IP 65, diodi di by-pass incorporati e spezzoni di cavo preintestati Scheda caratteristica modulo: Pn = 115 W Vm = 18 VVoc = 21,7 V Im = 4,5 A Isc = 5,5 A composizione: n° 2 stringhe da 12 moduli prestazioni: Pn = 2,7 kWp Vm = 216 V Im = 4,5 A Isc = 5,5 A Voc = 260 V 35 36 9
  • 10. 20081016 20081016 Strutture di sostegno Telaio e sottostruttura Realizzate, in genere, con profili Progettazione non metallici commerciali, hanno la standardizzata da funzione di sorreggere il piano dei moduli secondo una inclinazione effetture secondo la rispetto all’orizzontale adeguata, a tipologia di sostegno meno che l’inclinazione non risulti finale in qualche modo obbligata (es. Falde del tetto). La struttura può essere a terra, a tetto, a palo o su facciata a seconda del posizionamento del generatore fotovoltaico 37 38 20081016 20081016 Agganco dei moduli ai telai Inverter Gli inverter (convertitori statici cc/ca) sono apparecchiature elettroniche in grado di: - convertire la corrente continua in corrente alternata - generare una tensione di rete o sincronizzarsi all’esistente - scollegarsi automaticamente dalla rete in caso di guasti - scambiare dati con il sistema di monitoraggio dei guasti Consentono quindi: - negli impianti isolati, di utilizzare gli usuali carichi in alternata - negli impianti collegati alla rete, di interfacciarsi con la stessa per iniettarvi l’energia prodotta Sono apparecchiature relativamente complesse sulle quali è riposta l’affidabilità di tutto il sistema di generazione 39 40 10
  • 11. 20081016 20081016 Inverter Inverter Un inverter è un apparato elettronico in grado di convertire corrente continua in corrente alternata eventualmente a tensione diversa, oppure una corrente alternata in un'altra di differente frequenza. Si tratta di un tipo particolare di inverter progettato espressamente per convertire l'energia elettrica sotto forma di corrente continua prodotta da modulo fotovoltaico, in corrente alternata da immettere direttamente nella rete elettrica. Queste macchine estendono la funzione base di un inverter generico con funzioni estremamente sofisticate e all'avanguardia, mediante l'impiego di particolari sistemi di controllo software e hardware che consentono di estrarre dai pannelli solari la massima potenza disponibile in qualsiasi condizione meteorologica. 41 42 20081016 20081016 Inverter Inverter Gli inverter parallelabili sono dotati di un dispositivo di inseguimento del Questa funzione prende il nome punto di massima potenza del generatore fotovoltaico in quanto di MPPT, un acronimo di origine Inglese che sta per Maximum quest’ultimo si modifica durante l’esercizio in relazione al variare delle Power Point Tracker. I moduli condizioni di irraggiamento e di temperatura. fotovoltaici infatti, hanno una Mentre i convertitori per uso isolato curva caratteristica V/I tale che esiste un punto di lavoro devono essere accoppiati al carico da ottimale, detto appunto alimentare (potenza massima,, spunti, Maximum Power Point, dove è ecc.), quelli parallelabili devono essere possibile estrarre tutta la accoppiati alla potenza del generatore potenza disponibile. Questo fotovoltaico (in genere, con Pn = 0,75- punto della caratteristica varia 0,85 Pfv). continuamente in funzione del livello di radiazione solare che colpisce la superficie delle celle. È evidente che un inverter in grado di restare quot;agganciatoquot; a questo punto, otterrà sempre la massima potenza disponibile in qualsiasi condizione. 43 44 11
  • 12. 20081016 20081016 Prestazioni del fotovoltaico Prestazioni del fotovoltaico Un impianto fotovoltaico collegato alla rete inietta nella stessa ASPETTI TECNICI tutta l’energia elettrica che riesce a trasformare da quella Spazi occupati: 1 kW = 8 metri quadrati 3 kW = 24 mq primaria solare Energia prodotta: 1 kW = 1100 kWh/anno 3 kW = 3300 kWh Per quantificare l’energia elettrica prodotta si può usare il Prezzo (2005): modulo 3,35 €/W; sistema 5,5 €/W 3 kW = 16.500 € concetto energetico di ore equivalenti a potenza massima Affidabilità: parte FV, 99,9% (grandine compresa!) cioè il numero di ore annue a cui l’impianto avrebbe dovuto Manutenzione ordinaria: 0% (nessuna pulizia!) funzionare alla sua potenza massima per dare l’energia Garanzia: moduli 20 anni, inverter 2 anni + contratto di elettrica che ha prodotto manutenzione Il fotovoltaico ha un numero di ore equivalenti che è ASPETTI ECONOMICI ovviamente funzione del sito di installazione (latitudine, La competitività si misura rispetto al prezzo di acquisto dalla rete ombreggiamenti, condizioni climatiche) elettrica Alcuni numeri di riferimento per condizioni ideali (inclinazione Conto capitale (fino al 2005): economico se finanziato almeno al 65-70% ottimale, nessun ombreggiamento, progetto e qualità Conto energia prodotta (avviato, agosto 2005): tariffa dedicata adeguati) possono essere: (produttore) Nord: 1000 ore cioè 1000 kWh/anno per 1 kW installato Centro: 1150 ore cioè 1150 kWh/anno per 1 kW installato 45 46 Sud: 1250 ore cioè 1250 kWh/anno per 1 kW installato 20081016 20081016 Prezzi e prestazioni Conto energia Schare delle applicazioni (world 2004) ... Prezzi di mercato dei sistemi con 47 48 12
  • 13. 20081016 20081016 Conto energia Conto energia 2.2 Le nuove tariffe L’energia elettrica prodotta dagli impianti fotovoltaici, entrati in esercizio dopo il Le tariffe maggiori sono riconosciute ai piccoli impianti domestici, 13/04/07 (data di pubblicazione della Delibera AEEG n. 90/07) e prima del 31 inferiori a 3 kW, che risultano integrati architettonicamente. Le dicembre 2008, ha diritto a una tariffa incentivante articolata secondo i valori tariffe più basse sono invece riconosciute ai grandi impianti non indicati nella seguente tabella (che riproduce la tabella allegata al nuovo DM). integrati architettonicamente. Le tariffe sono erogate per un periodo di venti anni, a decorrere dalla data di entrata in esercizio dell’impianto e rimangono costanti, non subiscono cioè aggiornamenti ISTAT, per l’intero periodo. Per gli impianti che entreranno in esercizio dal 1° gennaio 2009 al 31 dicembre 2010, i valori indicati nella Tabella A saranno decurtati del 2% per ciascuno degli anni di calendario successivi al 2008, rimanendo poi costanti per il periodo di venti anni di erogazione dell’incentivo. Tariffe incentivanti per dimensione dell’impianto e per tipologia d‘integrazione Ridevinizione delle tariffe nel 2010 49 50 20081016 20081016 Redditività in architettura Redditività Se si limita l’esame ad impianti di piccola taglia (1- 3 kW), realizzati sulle pertinenze di edifici e destinati ad operare in regime di scambio sul posto, è possibile effettuare valutazioni approssimate, di validità generale, che portano alle seguenti stime del tempo di ritorno del capitale investito: • Italia settentrionale: 11 – 13 anni 51 • Italia centrale: 9 – 11 anni 52 • Italia meridionale: 7 – 9 anni 13
  • 14. 20081016 20081016 Redditività Il futuro 53 54 20081016 Il futuro Fine Grazie per l’attenzione Franco Pecchio Mr 55 mail: franco.pecchio@gmail.com http://www.linkedin.com/in/francopecchio 14