Gli impianti fotovoltaici

Le celle fotovoltaiche consentono di trasformare direttamente la radiazione solare in energia elettrica, sfruttando il cosiddetto "effetto fotovoltaico" che si basa sulla proprietà di alcuni materiali conduttori opportunamente trattati (tra i quali il silicio, elemento molto diffuso in natura), di generare direttamente energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare. Una cella fotovoltaica esposta alla radiazione solare si comporta come un generatore di corrente con una curva caratteristica tensione/corrente che dipende fondamentalmente dalla intensità della radiazione solare, dalla temperatura e dalla superficie. Essa è generalmente di forma quadrata con superficie di circa 100 cm², si comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di irraggiamento tipiche italiane, una corrente di 3 A con una tensione di 0.5 V, quindi una potenza di 1.5 W.

Le tipologie impiantistiche

L’impianto fotovoltaico è l’insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che captano l’energia solare, la trasformano in energia elettrica, sino a renderla disponibile all’utilizzazione da parte dell’utenza.
Tutti gli impianti fotovoltaici sono classificabili nelle seguenti categorie:

	Alimentazione diretta: l’apparecchio da alimentare viene collegato direttamente al modulo FV. Il grande svantaggio di questo tipo di impianti è che l’apparecchio collegato non funziona in assenza di sole (di notte). Applicazioni: piccole utenze come radio, piccole pompe, calcolatrici tascabili, ecc.
	Funzionamento ad isola: il modulo FV alimenta uno o più apparecchi elettrici. L’energia fornita dal modulo, ma momentaneamente non utilizzata, viene usata per caricare degli accumulatori. Quando il fabbisogno aumenta, o quando il modulo FV non funziona (p.e. di notte), viene utilizzata l’energia immagazzinata negli accumulatori. Applicazioni: zone non raggiunte dalla rete di distribuzione elettrica e dove l’installazione di essa non sarebbe conveniente. Esempi applicativi sono la metrologia e la telecomunicazione, ma anche l’alimentazione domestica di rifugi e casolari di campagna.
	Funzionamento per immissione in rete: come nell’impianto ad isola il modulo solare alimenta le apparecchiature elettriche collegate. L’energia momentaneamente non utilizzata viene immessa nella rete pubblica. Il gestore di un impianto di questo tipo fornisce dunque l’energia eccedente a tutti gli altri utenti collegati alla rete elettrica, come una normale centrale elettrica. Nelle ore serali e di notte la corrente elettrica può essere nuovamente prelevata dalla rete pubblica. Naturalmente il gestore di un impianto fotovoltaico di questo tipo verrà pagato dall’impresa erogatrice di energia elettrica per l’energia immessa in rete. L’energia è ecologica ed aiuta ad ammortizzare gli investimenti in tempi relativamente brevi. Applicazioni: in qualsiasi posto che disponga di un allacciamento standard alla rete pubblica, come abitazioni, uffici, stabilimenti industriali, officine artigianali, banche, scuole, edifici pubblici, ecc.

Impianti ad isola

Gli impianti fotovoltaici ad isola funzionano, come fa intuire già il nome, indipendentemente dalla rete elettrica pubblica. Questo tipo di impianto viene dunque impiegato principalmente per l’alimentazione di apparecchi in zone isolate, o nel caso sia richiesta grande mobilità. Per poter disporre di energia elettrica anche durante le ore notturne l’energia fornita durante il giorno dai moduli FV viene immagazzinata da accumulatori.
Un semplice impianto fotovoltaico ad isola è composto dai seguenti elementi:

	Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
	Regolatore di carica: è un apparecchio elettronico che regola la ricarica e la scarica degli accumulatori. Uno dei suoi compiti è di interrompere la ricarica ad accumulatore pieno.
	Accumulatori: sono i magazzini di energia di un impianto fotovoltaico. Essi forniscono l’energia elettrica quando i moduli non sono in grado di produrne, per mancanza di irradiamento solare.
	Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli e/o dagli accumulatori in corrente alternata convenzionale a 230V. Se l’apparecchio da alimentare necessita di corrente continua si può fare a meno di questa componente.
	Utenze: apparecchi alimentati dall’impianto fotovoltaico.

Impianti connessi con una rete elettrica

Negli impianti per immissione in rete l’energia viene convertita direttamente in corrente elettrica alternata che può alimentare le normali utenze oppure essere immessa nella rete, con la quale lavora in regime di interscambio. In quest’ultimo caso presso l’utente sono installati due contatori: uno che contabilizza l’energia elettrica fornita dall’impianto fotovoltaico alla rete ed uno che contabilizza l’energia elettrica che l’utente preleva dalla rete. Nell’ipotesi in cui le due tariffe coincidano, l’utente paga all’ente erogatore dell’energia elettrica solo la differenza tra l’energia consumata, prelevata dalla rete, e quella fornita alla rete.

Un impianto fotovoltaico per immissione in rete é principalmente composto dai seguenti componenti:

	Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
	Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente alternata convenzionale. Questo adattatore é assolutamente necessario per il corretto funzionamento delle utenze collegate e per l'alimentazione della rete.
	Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell'energia. In caso di consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli fotovoltaici la corrente viene prelevata dalla rete pubblica. In caso contrario l’energia fotovoltaica eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la quantità di energia fornita dall'impianto fotovoltaico alla rete.
	Rete: allacciamento alla rete pubblica dell'azienda elettrica.
	Utenze: apparecchi alimentati dall'impianto fotovoltaico.

Gli impianti fotovoltaici per immissione in rete rappresentano dal punto di vista applicativo la soluzione ideale in quanto tutta l’energia generata dall’impianto viene comunque utilizzata: o direttamente dall’utente o immessa nella rete elettrica che costituisce quindi un sistema di accumulo infinito.
La mancanza di un sistema di accumulo locale consente inoltre di ridurre sia i costi iniziali sia quelli di esercizio (le batterie di accumulo dopo un certo numero di anni devono infatti essere sostituite).
Per comprendere meglio la logica con la quale funzionano gli impianti fotovoltaici per immissione in rete è utile fare riferimento al grafico che riporta il bilancio energetico di un impianto fotovoltaico per una tipica utenza residenziale.

Le barre verticali gialle rappresentano le quote di energia elettrica fornita dall’impianto fotovoltaico. Tale energia è proporzionale alla radiazione solare incidente e quindi segue un andamento con valori massimi nelle ore centrali della giornata.
Le barre rosse invece rappresentano le quote di energia elettrica richiesta dall’utenza presa come esempio. L’andamento dei consumi elettrici, pur essendo indicativo, evidenzia comunque una richiesta di energia elettrica concentrata nelle ore serali in cui l’impianto fotovoltaico non è in grado di erogare energia.
Quando l’energia elettrica richiesta è superiore a quella che l’impianto fotovoltaico è in grado di fornire, l’utenza preleva energia dalla rete.
D’altra parte quando l’energia elettrica richiesta è inferiore a quella disponibile, e quindi si verificano degli esuberi, l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico viene immessa in rete.

Il dimensionamento di un impianto FV

Il dimensionamento ed i calcoli di un impianto fotovoltaico richiedono molto impegno. Entrano in gioco molteplici fattori, per esempio:

	Posizione geografica dell’impianto (latitudine)
	Irraggiamento solare (durata giornaliera, intensità)
	Temperatura ambientale media (anche la temperatura influenza il rendimento di un impianto)
	Superficie a disposizione. Se si dispone di uno spazio sufficientemente grande si possono impiegare dei moduli più convenienti a rendimento minore (che necessitano però di superfici maggiori).
	Fabbisogno energetico degli apparecchi allacciati. È importante scegliere degli apparecchi a basso consumo energetico, come pompe e frigoriferi speciali, lampade a risparmio. Un fabbisogno energetico minore comporta un impianto FV più piccolo e quindi minor costo di acquisto.
	Ciascuno dei tre tipi di impianti fotovoltaici ha esigenze diverse per quanto riguarda i moduli solari e l’elettronica.

A causa della complessità, la progettazione di un impianto FV deve essere eseguita sempre da un esperto. Layer Electronics è in grado di seguire l'intero iter progettuale e burocratico per i Vs. impianti.

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