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ENERGIE RINNOVABILI
Le energie da fonti rinnovabili, definite da molti energie rinnovabili, sono quelle derivate dall'utilizzo di materiali naturali che sono inesauribili.
Quelle tradizionali sono invece generate da fonti esauribili e in quanto tali disponibili in quantità definita, per quanto ingenti possano essere le scorte, come i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas, uranio…). I tipi di energie rinnovabili da noi conosciute sono:
" Energia geotermica
" Energia idroelettrica
" Energia marina
" Energia delle correnti marine
" Energia a gradiente salino (osmotica)
" energia mareomotrice (o delle maree)
" energia del moto ondoso
" energia talassotermica (OTEC)
" Energia solare
" Solare termico e termodinamico
" Solare fotovoltaico
" Energia eolica
" Energia da biomasse (o Agroenergie)
" Biocarburanti, Gassificazione
" Oli vegetali
Insomma tutti quei tipi di energia prodotti da fonti naturali che non si esauriscono.Ma l'energia rinnovabile ha un altra fondamentale caratteristica: quella di non produrre effetti negativi sull'ambiente, né modifiche al clima e tantomeno variazioni alla temperatura globale della terra.
Noi abbiamo scelto di occuparci dell'energia solare fotovoltaica,che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Per questo ci occupiamo di capire ed imparare i principali tipi di funzionamento di un impianto.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO, PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
I pannelli fotovoltaici sono costituiti di celle di silicio collegate tra loro elettricamente. Il fenomeno di produzione di energia elettrica, consiste nella trasformazione diretta dell'energia solare in energia elettrica mediante questo dispositivo a celle fotovoltaiche, costituito da semiconduttori. I fotoni che costituiscono la luce solare, quando colpiscono gli atomi del silicio, cedono energia ad uno degli elettroni che orbitano attorno all'atomo di silicio, la quale energia è sufficiente per farlo staccare e renderlo disponibile all'interno del silicio. Ovviamente l'atomo sarà carente dell'elettrone mancante e pronto ad assorbire un altro elettrone per rendersi nuovamente stabile. Tale processo può essere chiamato "processo di riequilibrio". Collegando il silicio ad un circuito elettrico, il flusso di elettroni sarà pronto a muovere e la corrente elettrica, pronta ad essere prodotta. Ma gli elettroni "staccati" dal silicio dovranno essere reintegrati. Le celle infatti non sono costituite da solo silicio ma anche da lamine trasparenti di boro e fosforo, i quali elementi cederanno, prima tra loro e poi al silicio, l'elettrone mancante. Gli elettroni mancanti all'ultimo dei due elementi (il fosforo) che ne è rimasto sprovvisto, saranno reintegrati da quelli prodotti dai fotoni e quindi dalla luce solare. Il ciclo quindi si chiude e l'energia elettrica sarà pronta e disponibile ad essere convogliata nel nostro circuito elettrico di casa.
SOLARE TERMICO E FOTOVOLTAICO
Perchè realizzare un impianto solare termico?
Tale impianto è composto da pannelli solari termici brevettati per il riscaldamento dell'acqua sanitaria che usiamo quotidianamente attraverso l'irraggiamento solare.
" rispetto dell'ambiente grazie alla produzione di acqua calda attraverso il sole;
" risparmio della bolletta elettrica o metano per il mancato utilizzo di tali energie per il riscaldamento dell'acqua;
" possibilità introdotta dalla finanziaria di detrarre il 55% (in tre anni) il costo dell'impianto.
Cosa ti occorre per realizzare un impianto solare-termico?
" Un tetto per installare i pannelli solari termici;
" Esposizione solare del tetto;
" Assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento
Quanto produce un impianto solare-termico?
Un pannello termico della dimensione di un metro quadro riesce a soddisfare in media 80-130 litri d'acqua calda al giorno alla temperatura media di 40°. Il consumo medio di acqua calda per persone è di circa 30-50 litri al giorno, pertanto un metro quadro di pannello dovrebbe soddisfare le esigenze d'acqua calda di 1-2 persone. Il tempo impiegato mediamente per riscaldare l'acqua del serbatoio è di circa 10 ore. Tale periodo di tempo è variabile in base all'esposizione solare, alla stagione, alle condizioni meteorologiche e alla latitudine. Quando il cielo è coperto e in inverno il rendimento dei pannelli solari cala dagli 80° ai 40°. Nelle ore notturne è soltanto possibile utilizzare l'acqua riscaldata precedentemente nelle ore del giorno. Una volta esaurita occorrerà attendere di nuovo il sorgere del giorno e le ore necessarie per riscaldare nuovamente l'acqua.
Precisazione
I pannelli solari termici non sono un sostituto della caldaia ma un sistema complementare per ridurre il consumo di gas necessario per il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Anche in presenza di pannelli solari termici quindi opportuno far installare una caldaia a gas o uno scaldabagno elettrico. In molti casi è possibile collegare in serie il pannello solare e la caldaia in modo da far lavorare di meno quest'ultima e risparmiare sul consumo di gas. Quest'ultima soluzione garantisce la produzione d'acqua calda in qualsiasi momento e di fronteggiare qualsiasi situazione d'emergenza.
Perchè realizzare un impianto fotovoltaico?
" Produci energia pulita e rispetti l'ambiente
" Guadagni, esentasse, tutti i mesi fino a 20 anni per l'energia prodotta attraverso il conto energia e le sue tariffe incentivanti
" Risparmi il costo della tua bolletta elettrica poichè l'energia prodotta e non immediatamente autoconsumata viene prima ceduta poi prelevata in uguale quantità dalla rete per il proprio autoconsumo che può avvenire anche mesi o anni dopo, senza che più valga il limite di tre anni previsto in precedenza dalla normativa.
Puoi guadagnare anche dalla vendita dell'energia prodotta (che quindi decidi di non utilizzare per te. Tale soluzione conviene valutarla in base al dimensionamento dell'impianto e all'uso dello stesso). Vendita.
Cosa ti occorre per realizzare un impianto fotovoltaico?
" Un tetto o qualsiasi spazio utile (facciata, terrazzo, terreno, altro) per installare i moduli fotovoltaici
" Esposizione del tetto/spazio a SUD (accettabile sud-est, sud-ovest)
" Assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento
Quanto produce un impianto fotovoltaico?
Affinché possiate subito fare una valutazione di resa sia in termini di energia prodotta che di guadagni economici diretti ed indiretti dalla produzione sarebbe utile sapere quanto mediamente produce un impianto fotovoltaico in un anno. Per fare ciò in realtà possiamo solo basarci su una stima. Con un impianto da 3 kw l'energia prodotta sarà di circa 3.600 kwh annue, il cui valore moltiplicato per la tariffa prevista di 0,44 euro per l'impianto installato sul tetto preesistente (questa modalità si definisce parzialmente integrato) porta ad un compenso annuo di 1.580 euro circa. A tale somma si deve aggiungere anche la mancata spesa dell'acquisto di quella stessa energia prodotta. Pertanto avremo 3600 kwh non acquistate dall'enel al prezzo di 0,19 euro il cui risultato da un importo pari a 684,00 euro annui di risparmio. Pertanto all'anno tra incentivo economico incassato e risparmio di corrente acquistata avremo guadagnato 2.264,00 euro che moltiplicato per 20 anni porta ad un importo di 45.000 euro circa. Si capisce bene che tale guadagno negli anni ripagherà ampiamente il costo d'installazione dell'impianto.
Impianto fotovoltaico
Tipologie d'impianto
È possibile classificare gli impianti fotovoltaici in 3 grandi famiglie:
- Impianti "stand alone"
- Impianti "grid-connected"
- Impianti "stand alone" o isolati
Un impianto "stand-alone", a differenza dell' impianto "grid-connected", non è collegato alla rete nazionale, che garantisce la copertura del fabbisogno energetico anche in assenza dell'irraggiamento solare. Un impianto "stand-alone", al fine di continuare ad erogare energia in assenza di soleggiamento, dovrà quindi essere dotato di un sistema di accumulatori. Impianti di questo tipo vengono soprattutto realizzati in zone rurali e di montagna.
Questo tipo di impianto viene sconsigliato laddove sia facile la possibilità di allacciamento con la rete enel per i seguenti motivi:
- Le batterie presenti vanno sostituite dopo circa 10-15 anni,vanificando quindi il risparmio economico generato grazie all'energia gratuita offerta dal sole
- Un periodo di cattivo tempo di qualche giorno può portare all'assenza di energia elettrica
- Costo maggiore rispetto ad un impianto di tipo "grid-connected"
- Il vantaggio di non soffrire per possibili black-out impone un investimento molto elevato
- Costi,quasi il doppio di un impianto "grid connected".
I componenti principali di un impianto fotovoltaico isolato sono:
- Generatore fotovoltaico
- Inverter
- Regolatore di tensione
- Accumulatore
L'elemento principale di un generatore fotovoltaico è la cella. Più celle costituiscono un modulo fotovoltaico e più moduli collegati in serie formano un pannello fotovoltaico. Più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa e più stringhe, collegate in parallelo, costituiscono il generatore fotovoltaico. Una cella fotovoltaica è costituita da una sottile "fetta" di materiale semiconduttore trattata in modo da generare energia elettrica quando viene colpita dalla radiazione luminosa.
Impianti "grid-connected"
Un impianto fotovoltaico "grid-connected" è un impianto collegato stabilmente alla rete elettrica e dalla quale può prelevare energia o immetterla nel caso che ne produca più di quella che serve.
Vantaggi:
" Produzione di energia pulita evitando emissioni inquinanti
" Crescende indipendenza dai combustibili fossili
" Produzioni di energia elettrica nei posti in cui serve,evitando le perdite di trasporto
" Produzione di energia nelle ore di massima richiesta della rete elettrica
" Assenza di manutenzione
" Lunga durata dell'impianto
" Corretto uso dell'energia(si è dimostrato che il proprietario dell'impianto impara a gestire con più accuratezza i suoi consumi elettrici).

Schema impianto fotovoltaico e i principali componenti di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:
1.Generatore fotovoltaico
2. Inverter
3. Contatore produzione energia
4. Utenza
5. Contatore bidirezionale (prelievo / immissione)
6. Rete distribuzione del gestore locale dell'energia



" L'inverter è necessario dal momento in cui le normali utenze da alimentare funzionino in corrente alternata. L'impianto fotovoltaico genera infatti corrente continua. Compito dell'inverter è proprio quello di convertirla in corrente alternata.

" L'energia prodotta dall'impianto dopo essere convertita dall'inverter passa attraverso un primo contatore Enel che servirà a comunicare la quantità di energia elettrica prodotta all'ente gestore

" Nel caso del regime di "Scambio sul posto" è prevista l'esistenza di un ulteriore contatore bidirezionale destinato a quantificare l'energia elettrica prelevata e quella immessa in rete. Se l'energia elettrica immessa in rete supera quella del prelievo dalla rete durante l'arco dell'anno si sarà ottenuto un abbattimento totale del costo dell'energia e quindi la bolletta sarà a costo zero.

" La vendita di energia prodotta da impianti fotovoltaici è regolata dal Conto Energia, che prevede incentivazioni per chi installa impianti di questo tipo e rivende l'energia prodotta. L' ente pubblico preposto ad erogare questa tariffa incentivante è il GSE (Gestore dei Servizi Energetici). La richiesta per l'incentivo deve essere fatta al GSE subito dopo l'entrata in esercizio dell'impianto fotovoltaico.
Esistono principalmente 3 tipologie di celle:
1) celle a silicio monocristallino
2) celle a silicio policristallino
3) celle a film sottile ("thin film o amorfi")
Le celle a silicio monocristallino hanno una efficienza superiore rispetto alle altre 2 tipologie. Questo significa che a parità di potenza generata lo spazio occupato da un impianto costituito da moduli a celle a silico monocristallino è inferiore rispetto a sistemi fv che utilizzano le altre 2 tipologie di celle. Normalmente il modulo fotovoltaico è rettangolare con dimensioni da 0,5 a 1,5 m2 e le celle sono protette in superficie da particolari vetri. La quantità di energia prodotta da un modulo fotovoltaico, può andare dai 0,3/0,4 kWh/m2 nel periodo invernale, fino ai 0,6/0,8 kWh/m2.
Le celle dei moduli al silicio policristallino (detto anche multicristallino) sono costituite da un insieme di più cristalli di silicio; questa minor purezza è la causa di un rendimento inferiore, che si aggira tra l'11% e il 14% contro il 15% ottenuto utilizzando celle al silicio monocristallino.
Esse si presentano ancora aggregate tra loro (struttura policristallina) ed hanno orientamenti e forme differenti. Sono caratterizzate dal colore blu intenso cangiante.
Grazie alle nuove tecnologie produttive e agli elevati investimenti in ricerca e sviluppo, i costi di produzione si sono ulteriormente abbassati riuscendo anche a raggiungere buoni livelli di efficienza.
moduli thin film sono composti da uno strato sottilissimo di silicio cristallino (1 - 2 micron) applicato su una lastra di vetro attraverso deposizione catodica.
In questo caso non si parla di celle in quanto, grazie a questa tecnologia, possono essere ricoperte grandi superfici in modo continuo.
Pregi del film sottile: impatto ambientale ridotto, tempo di ritorno inferiore, ideali in condizioni di basso irraggiamento ed elevate temperature.

CLASSIFICAZIONI DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Impianti Non integrati o installati a terra


Gli impianti fotovoltaici non integrati sono cosiddetti perchè appunto non si integrano armoniosamente con le strutture o superfici che li ospitano. Trattasi di impianti generalmente realizzati a terra o anche su parti strutturali di edifici quali terrazzi, falde, aggeti, pensiline e/o elementi di arredo urbano e viario.
I pannelli solari sono installati in maniera non complanare alle superfici su cui sono fissati. Generalmente hanno un impatto maggiore dal punto di vista estetico e quindi non sono gradevoli alla vista. Per questo genere di impianti le tariffe incentivanti sono inferiori rispetto alle tipologie integrati e parzialmente integrati.
Impianti Parzialmente integrati


Gli impianti fotovoltaici parzialmente integrati si hanno quando i moduli fotovoltaici non sostituiscono i materiali che costituiscono la superficie d'appoggio e vengono installati su tetti piani e terrezze, in modo complanare ad esempio sul manto di copertura.
Possono essere considerati parzialmente integrati anche quei pannelli installati ad esempio su terrazza la quale sia circondata da balaustra la quale nasconda parzialmente i pannelli fotovoltaici. Generalmente gli impianti fotovoltaici parzialmente integrati vengono utilizzati su fabbricati o parti di questi che risultano già esistenti.
Integrati nell'edificio


Gli impianti fotovoltaici completamente integrati sono costituiti da un insieme di moduli che si integrano completamente con la struttura architettonica. E' ovvio che è più semplice realizzare questo genere di impianto quando si è ancora nella fase progettuale del fabbricato in quanto possiamo valutare maggiormente il tipo di impatto e le soluzioni migliori.




Esempio di progettazione di un impianto fotovoltaico
Vista frontale della casa

Vista posteriore della casa

Luogo: Milano
Inclinazione: 45°
Orientamento: 0°
Consumo: 526 kWh (Consumo effettivo per 60 giorni)*in allegato la bolletta Enel
Dimensione tetto: 30x15 = 450m²
Pannello:
Potenza: 200Watt
Altezza: 1,29m
Lunghezza: 0,99m
Superficie occupata: 1,27m²
Consumo annuo: 526 kWh x 6 = 3156 kWh/anno
Potenza impianto: 3156/1017(Valore di produttività in kWh/anno di 1kW per Milano)= 3,1 Kwatt
Produzione annua: 3,1x1017= 3152 kWh/anno
N°pannelli: 3,1/0,145= 21 (Per il nostro impianto occorrono 21 pannelli)
Spazio occupato dai nostri pannelli: 21x1,27m² = 26m²
E' possibile sfruttare al massimo l'impianto sia in potenza che in spazio,dato che le dimensioni del tetto su cui andare ad istallare il sito sono di gran lunga superiori rispetto ad esso.