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solare

FOTOVOLTAICO

Prima di tutto rispondiamo a questa semplice domanda: perchè installare un impianto fotovoltaico ?

  • installare sul proprio tetto 20 metri quadri di pannelli fotovoltaici consente di abbattere per almeno 25 anni la propria spesa per l'energia elettrica
  • il costo dell'installazione oscilla intorno ai 9-10.000 euro, in altre parole pari al costo di una normale automobile utilitaria
  • con il Conto Energia è possibile produrre un reddito cedendo al Gestore della Rete Elettrica l'energia elettrica prodotta dai pannelli solari fotovoltaici.
  • esistono agevolazioni regionali per ottenere finanziamenti agevolati e contributi pubblici per affrontare la spesa iniziale
    Detto questo, possiamo approfondire il tema e scoprire cosa sono i pannelli fotovoltaici e come producono energia elettrica mettendo a profitto la luce solare. L'energia solare è una risorsa pulita e rinnovabile, indispensabile per la vita sulla terra. Oggi consente di liberarci dal peso della bolletta dell'elettricità e migliorare la qualità di vita.

    Come funziona un pannello fotovoltaico ?
  • Alcuni materiali come il silicio possono produrre energia elettrica se irraggiati dalla luce solare. Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni '50 la realizzazione della prima cella fotovoltaica della storia. Lo stesso nome "fotovoltaico" esprime in sè tutto il significato della scoperta, "foto" deriva da "luce", "voltaico" deriva da Alessandro Volta, inventore della batteria. Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un "modulo", un insieme di moduli compone il pannello solare fotovoltaico da installare sui tetti, terreni o terrazzi, ovunque ci sia un irragiamento diretto dei raggi solari. I pannelli fotovoltaici stanno ottenendo rapidamente il favore di consumatori e famiglie. Il vantaggio è evidente, investendo in un impianto fotovoltaico casalingo si abbatte il costo dell'energia elettrica per almeno 25-30 anni. In Germania, e di recente anche in Italia con il Conto Energia, i proprietari dei pannelli solari fotovoltaici rivendono l'energia prodotta alle società elettriche ottenendo in cambio un reddito mensile aggiuntivo.

    Come funziona un pannello fotovoltaico ?

    Alcuni materiali come il silicio possono produrre energia elettrica se irraggiati dalla luce solare. Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni '50 la realizzazione della prima cella fotovoltaica della storia. Lo stesso nome "fotovoltaico" esprime in sè tutto il significato della scoperta, "foto" deriva da "luce", "voltaico" deriva da Alessandro Volta, inventore della batteria. Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un "modulo", un insieme di moduli compone il pannello solare fotovoltaico da installare sui tetti, terreni o terrazzi, ovunque ci sia un irragiamento diretto dei raggi solari. I pannelli fotovoltaici stanno ottenendo rapidamente il favore di consumatori e famiglie. Il vantaggio è evidente, investendo in un impianto fotovoltaico casalingo si abbatte il costo dell'energia elettrica per almeno 25-30 anni. In Germania, e di recente anche in Italia con il Conto Energia, i proprietari dei pannelli solari fotovoltaici rivendono l'energia prodotta alle società elettriche ottenendo in cambio un reddito mensile aggiuntivo.

    Come funziona un impianto fotovoltaico

    I materiali come il silicio possono produrre energia elettrica se irragiati dalla luce solare. Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni '50 di realizzare la prima cella fotovoltaica della storia dell'uomo. Lo stesso nome "fotovoltaico" esprime in sè tutto il significato della scoperta, foto = luce e voltaico = Alessandro Volta (inventore della batteria).
    I pannelli fotovoltaici sono installati sul tetto della propria abitazione o ovunque ci sia un'esposizione diretta ai raggi solari (es. terrazze, cortili, terreni ecc.).

    La luce solare è trasformata in energia elettrica alternata, usufruibile per tutte le normali attività domestiche.

    L'energia elettrica prodotta dai pannelli in eccesso, rispetto ai consumi, viene venduta alla società elettrica come credito da applicare sulla bolletta elettrica. Questo quadro si è ampliato radicalmente nel 2005, quando l'Italia ha approvato il primo "conto energiacache" in base al quale chiunque può rivendere l'energia prodotta dai pannelli solari ottenendo in cambio un reddito netto (profitto). Attualmente è concesso al massimo compensare il costo della propria bolletta elettrica.

    Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un modulo fotovoltaico in grado di trasformare la luce solare direttamente in energia elettrica. Un modulo è costituito da 36 celle poste in serie e consente di produrre una potenza di circa 50 Watt. Ogni singola cella fotovoltaica (FV) può produrre circa 1,5 Watt di potenza a una temperatura standard di 25°C. L'energia prodotta dal modulo prende il nome di potenza di picco (Wp).

    La modularità dei pannelli fotovoltaici consente una vasta flessibilità di impiego. Le celle possono essere combinate in serie sulla base delle reali esigenze energetiche dell'utenza o sulle caratteristiche della superficie destinata all'impianto.

    L'energia elettrica in uscita dal modulo viene passa per dispositivi balance of system per adattare la corrente e trasformarla in corrente alternata tramite il sistema di inverter. L'energia così modificata è introdotta nella rete elettrica per alimentare il consumo di elettricità locale (sistemi isolati in case o imprese) o per essere computata a credito da uno speciale contatore del gestore della rete elettrica.

    Come avviene la conversione della radiazione solare in energia elettrica.

    Fin qui abbiamo descritto gli aspetti pratici. Facciamo adesso un passo indietro per descrivere gli elementi fisici che consentono il funzionamento di un pannello solare. Il flusso luminoso proveniente dal Sole (radiazione solare) investe il materiale semiconduttore del pannello solare, normalmente realizzato utilizzando il silicio. Gli atomi di silicio del pannello solare compongono un reticolato cristallino tridimensionale di forma tetraedrica in cui ognuno di essi mette in comune uno dei suoi quattro elettroni di valenza. L'elettrone in comune è quello con orbita più esterna mediante il quale avviene la conduzione elettrica. Gli altri tre elettroni con orbita più interna sono invece fortemente legati al nucleo dell'atomo e non partecipano alla conduzione. Allo stato normale gli elettroni esterni si trovano in una fase di valenza e non dispongono dell'energia sufficiente per condurre elettricità. Quando ciò si verifica l'elettrone passa dalla banda di valenza a quella di conduzione ed è libero di muoversi all'interno del reticolato grazie alla stretta vicinanza degli altri atomi di silicio. Nel passaggio di banda lascia dietro di sé una lacuna. Il movimento degli elettroni esterni in banda di conduzione e delle relative lacune continua fin quando è presente l'irraggiamento solare. Per una spiegazione più approfondita sul ruolo dei semiconduttori nelle celle solari dal punto di vista fisico rimandiamo alla pagina in questione, dove abbiamo illustrato il principio fisico in base al quale una cella solare produce energia elettrica quando è sollecitata dalla luce solare.

    I semiconduttori

    La differenza con i materiali conduttori e isolanti. I materiali conduttori possiedono elettroni esterni appartenenti alla stato di valenza e di conduzione. Per questa ragione conducono ottimamente l'elettricità. Le due bande sono sostanzialmente sovrapposte. Al contrario, i materiali isolanti hanno la banda di conduzione molto distante da quella di valenza. Nei semiconduttori gli elettroni sono allo stato di valenza (come nei materiali isolanti) ma la distanza con la banda di conduzione è minima. E' quindi possibile che un elettrone esterno passi temporaneamente dalla banda di valenza a quella di conduzione. Ciò avviene quando l'elettrone è investito da un flusso luminoso in grado di liberare gli elettroni più esterni. Per ogni elettrone passato alla banda di conduzione si lascia libera una lacuna nella banda di valenza. Come l'elettrone nella banda di conduzione anche la lacuna tende a spostarsi nella banda di valenza per effetto del campo elettrico comportandosi come una carica positiva.

    Il fotovoltaico funziona anche di notte?

    Nelle giornate nuvolose e durante le ore notturne l'abitazione dotata di impianti fotovoltaici in rete non resterà mai al buio. L'uso dei pannelli fotovoltaici "in rete" non sostituisce il consumo della normale rete elettrica che continuerete normalmente a utilizzare.

    Convenienza economica di un impianto

    Molti si domanderanno: "installare i pannelli solari fotovoltaici conviene oppure no?" Questa è la tipica e lecita domanda che ogni persona interessata al fotovoltaico si pone. Rispondiamo subito alla domanda in questo modo: "dipende dal quadro normativo". In breve, l'introduzione del conto energia consente di ammortizzare gli investimenti in pochi anni, si rinuncia a qualsiasi contributo iniziale all'acquisto ma si rivende l'energia elettrica prodotta a una tariffa incentivata. La recente approvazione del Conto Energia ha reso conveniente realizzare un impianto fotovoltaico.

    Tralasciando l'aspetto normativo esistono diversi fattori fisici e geografici tali da determinare variazioni nei rendimenti dei pannelli solari fotovoltaici, ad esempio la latitudine. L'irraggiamento solare non è uguale ovunque. Si prenda come metro di confronto nord-centro-sud la seguente tabella tratta dal Ministero dell'Ambiente:

    Elettricità prodotta KWh/anno da un impianto FV di 8 m²
    Milano 1.167 kWh ogni anno
    Roma 1.477 kWh ogni anno
    Trapani 1.669 kWh ogni anno

    Come interpretare la tabella: un impianto fotovoltaico di circa 8 m² installato su un'abitazione della provincia di Milano produce ogni anno 1.167 kWh ogni anno. Gli stessi 8 metri quadrati producono 1.477 kWh a Roma e 1.669 a Trapani.

    Detto questo cerchiamo adesso di spiegare come si arriva a questi risultati (fonte Ministero dell'Ambiente). Nella zona di Milano l'insolazione media annuale è di 1.372.4 kWh/m² anno. Considerando un abbattimento del 12,5% causato dall'efficienza dei moduli FV e una perdita del 85% dovuta al trasferimento dell'energia per l'uso domestico (cd BOS) si ottiene che per ogni metro quadro di pannelli solari fotovoltaici produce 146 kWh ogni anno.

    Pertanto 8 m² di pannelli fotovoltaici sul proprio tetto producono approssimativamente 1.167 kWh ogni anno. Il proprietario dell'immobile dotato di pannelli fotovoltaici avrà un chiaro risparmio nel consumo domestico di energia elettrica.

    Lo stesso metodo di calcolo può essere ripetuto per Roma e di Trapani. Nella zona di Roma l'insolazione annuale naturale media è pari a 1.737 kWh/m², nella zona di Trapani 1.963 kWh/m².

    L'esposizione al sole della superficie destinata a ospitare i pannelli FV è un altro aspetto fondamentale. Per ottenere il massimo rendimenti i pannelli solari devono essere sottoposti a un irraggiamento diretto dai raggi solari. La robustezza e l'inclinazione del tetto sono un altro aspetto critico da considerare. Un tetto poco robusto o troppo inclinato potrebbe rendere impraticabile o troppo costosa l'installazione del sistema fotovoltaico.

     
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