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Testo di Paola Rochira
Volendo realizzare un sistema fotovoltaico di
questo tipo bisogna considerare tre punti fondamentali che sono: la valutazione
del carico elettrico che il sistema deve generare, le caratteristiche del sito
dove sarà ubicato e i requisiti tecnici del sistema stesso.
Per quanto
riguarda la valutazione del carico elettrico è importante che già in fase
di progettazione preliminare si tenga conto di alcune informazioni molto
importanti per il dimensionamento della superficie FV: la destinazione d'uso (in
quanto i fabbisogni energetici sono diversi a seconda dell'attività svolta
nell'edificio) e l'arco temporale di sfruttamento che può essere stagionale o
annuale (l'inclinazione ad esempio).
Bisogna tener conto nella valutazione
dei parametri dipendenti dal sito di alcuni elementi fondamentali quali
elementi che possono causare ombreggiamenti, condizioni meteorologiche frequenti
che possono influire sul rendimento (la nebbia ad esempio), la collocazione
spaziale che deve tener conto del percorso apparente del sole.
La posizione
dei moduli fotovoltaici rispetto al sole influisce notevolmente sulla quantitÃ
di energia captata e quindi sulla quantità di energia elettrica generata. I
parametri che direttamente influiscono sul fenomeno sono:
l'angolo di
inclinazione rispetto al terreno (angolo di
tilt) e l'angolo di
azimut.
La produzione di energia elettrica su base media
annua nell'emisfero Nord è massima per l'esposizione Sud con angolo di
inclinazione pari alla latitudine locale sottratta di 10° circa. Consideriamo
l'influenza dell'angolo di inclinazione (tilt) sulla radiazione incidente di un
sistema, rivolto a Sud, che si trovi a Milano, Roma oppure
Trapani.
Il valore della radiazione incidente è quello giornaliero
medio annuo. (Vedi tabella)
Rispetto pertanto alla soluzione ottimale con inclinazione di 30° il sistema
fotovoltaico perde circa il 10-12% nell'applicazione su superficie orizzontale e
ben il 35% nell'applicazione su facciata verticale. L'influenza dell'angolo di
azimut è invece minore. In un intervallo di angoli di azimut compresi tra -45° e
+ 45° rispetto al Sud (angolo di azimut compreso tra sud-est e sud-ovest) i
valori della radiazione incidente non si discostano significativamente dal
valore massimo.
Orientando infatti i sistemi fotovoltaici a Sud-Est oppure a
Sud-Ovest si avrebbe una perdita pari a solo il 5%.
Per quanto concerne
i requisiti tecnici del sistema fotovoltaico bisogna considerare
l'efficienza dei moduli fotovoltaici e l'efficienza del BOS e la temperatura di
funzionamento.
Per quanto riguarda l'efficienza dei moduli FV bisogna tener
conto che la trasformazione dell'energia solare in energia elettrica è data dal
rapporto tra la potenza elettrica in uscita e la potenza della radiazione solare
incidente. Ovviamente entrambe cambiano in funzione delle condizioni di
irraggiamento solare. Come riferimento, si usano le condizioni standard di
insolazione (potenza della radiazione incidente pari a 1000W/m², temperatura del
modulo di 25 °C).
Se si indicano con h l'efficienza, A l'area
del modulo, Pel la potenza elettrica generata dal modulo FV e con
PSTC la potenza luminosa irraggiante il modulo stesso in condizioni
standard (STC) si può scrivere la relazione.
h = Pel / PSTC x
A
Ad esempio, un modulo con un'efficienza del 10% genera, in
condizioni standard, una potenza elettrica (corrente continua) ai suoi morsetti
di 100 Watt; 10 metri quadrati di moduli forniscono 1 kWp di potenza
elettrica.
Un modulo con un efficienza del 12,5 % genera in condizioni
standard una potenza elettrica di 125 Watt. In questo caso per produrre 1 kWp
sono necessari 8 metri quadrati di moduli.
Per quanto riguarda
l'efficienza d'impianto, invece,
questa è influenzata in maniera consistente dai componenti elettrici necessari
per il trasferimento dell'energia prodotta dal modulo fotovoltaico all'utenza,
il dispositivo che causa maggiore riduzione di potenza è l'inverter, comunque in
genere al BOS viene attribuita un'efficienza dell'85.
Altro punto importante
è la perdita di rendimento causata dall'aumento di temperatura dei moduli in
silicio. È quindi molto importante garantire la dispersione di questo calore
utilizzando o le intercapedini di ventilazione sul retro dei moduli o la
predisposizione di dispositivi per il recupero del calore prodotto che può
essere riutilizzato all'interno degli edifici.
Per quanto riguarda il
dimensionamento di un sistema FV
connesso in rete il calcolo può essere semplificato poiché il sistema non dovrÃ
ricoprire totalmente il fabbisogno energetico dell'utenza.
Come abbiamo giÃ
detto, empiricamente l'energia prodotta annualmente da un sistema FV di 1 kWp è
numericamente pari all'insolazione media annuale su un metro quadro d'impianto
espresso in kW/m².
Supponiamo di calcolare l'energia elettrica annua prodotta
da un sistema fotovoltaico situato in tre contesti diversi italiani, Milano,
Roma e Trapani.
Il calcolo può essere riferito all'unità di superficie dei
pannelli (m²) o all'unità di potenza fotovoltaica installata (kWp)
indifferentemente.
Calcolo dell'energia elettrica mediamente prodotta in
corrente alternata in un anno da 1 m² di moduli:
Insolazione m.a. x
Efficienza moduli x Efficienza del BOS = Elettricità prodotta m.a. (Vedi
Tabella)
Calcolo dell'energia elettrica in corrente continua mediamente prodotta in un
anno da 1 kWp di moduli:
Insolazione m.a. x Efficienza moduli x
Superficie occupata = Elettricità prodotta m.a. in c.c. (Vedi
Tabella)
Calcolo dell'energia elettrica in corrente alternata mediamente prodotta in
un anno da 1 kWp di moduli:
Elettricità prodotta m.a. in c.c. x
Efficienza del BOS = Elettricità prodotta m.a. in c.a. (Vedi
Tabella)
Considerando che all'impianto si attribuisce in genere 25 anni di vita si può
dire che un impianto FV installato in Italia produrrà in media 1437 kWhel/kWp
anno x 25 anni = 35925 kWh per ogni kWp installato.
Per produrre 1 kWh
elettrico vengono bruciati mediamente l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di
combustibili fossili e di conseguenza emessi nell'aria circa 0,53 kg di anidride
carbonica. Si può dire quindi che ogni kWh prodotto dal sistema fotovoltaico
evita l'emissione di 0,53 kg di anidride carbonica. L'emissione di anidride
carbonica evitata in un anno si calcola moltiplicando il valore dell'energia
elettrica prodotta dai sistemi per il fattore di emissione del mix elettrico.
Per stimare l'emissione evitata nel tempo di vita dall'impianto è sufficiente
moltiplicare le emissioni evitate annue per i 25 anni di vita stimata degli
impianti. Questo ragionamento può essere ripetuto per tutte le tipologie di
inquinanti. Per quantificare il beneficio che tale sostituzione ha sull'ambiente
è opportuno riferirsi ad un esempio pratico, considerando ad esempio gli
impianti fotovoltaici precedenti:
Emissioni evitate da un kWp di
moduli nel tempo di vita degli impianti (Vedi Tabella)
Fonti:
A. Magrini e D. Ena,
Tecnologie solari attive e passive. Pannelli fotovoltaici e applicazioni
integrate in edilizia, EPC Libri, Quaderni per la progettazione, Roma
2002
http://www.minambiente.it
http://www.enerpoint.it
Si rimanda alla consultazione
diretta del testo e dei siti su citati per una migliore conoscenza
sull'argomento. |
