Pali eolici

Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.
Alla base della trasformazione dell'energia proveniente dal sole in elettricità c'è l'effetto FotoElettrico, spiegato scientificamente da Einstein nel 1905, che genera elettricità in un corpo che viene esposto a onde luminose.
Il suo cuore è composto dai pannelli, che catturano le radiazioni solari e la trasformano in corrente continua e da un inverter, che trasforma l'energia dei pannelli da corrente continua in corrente alternata. Ci sono poi, naturalmente, i quadri elettrici, i cavi di collegamento, le strutture di supporto e il materiale di fissaggio

Tipi di impianti

Una prima classificazione delle tipologie di impianti fotovoltaici può essere la seguente:

• impianti autonomi funzionanti in isola (stand-alone);
• impianti collegati in parallelo alla rete elettrica pubblica (grid connected);
• impianti fissi e ad inseguimento.


Impianti isolati (stand-alone)

In questi impianti l'energia generata alimenta direttamente il carico elettrico. Quella in eccesso viene accumulata nelle batterie che la rendono disponibile nei periodi in cui il generatore fotovoltaico non è in nelle condizioni di fornirla. Questi impianti rappresentano la soluzione più idonea a soddisfare utenze isolate che possono essere convenientemente equipaggiate con apparecchi utilizzatori che funzionano in corrente continua.



Impianti connessi alla rete elettrica ( grid-connected )

In questi impianti l'energia viene convertita direttamente in corrente elettrica alternata che può alimentare le normali utenze oppure essere immessa nella rete, con la quale lavorano in regime di interscambio. Un impianto fotovoltaico standard connesso alla rete è costituito dai seguenti componenti:

• i moduli fotovoltaici, elemento essenziale dell'impianto, che captano la radiazione solare durante il giorno e la trasformano in energia elettrica in corrente continua;

• l' inverter, che trasforma l'energia elettrica da corrente continua a corrente alternata rendendola idonea alle esigenze delle comuni apparecchiature elettriche (lampade, elettrodomestici, alimentatori, computer...);

• i misuratori di energia, che sono dispositivi che servono a controllare e contabilizzare la quantità di energia elettrica prodotta e scambiata con la rete. Questi ultimi generalmente non dispongono di dispositivi di accumulo di energia (batterie) e in caso di black-out non possono garantire l'elettricità all'utente proprietario dell'impianto.



Impianti fissi e ad inseguimento

Nei sistemi fissi i pannelli sono ancorati ad una struttura che li mantiene saldamente ancorati in una posizione dettata dalle caratteristiche tecniche dell'edificio o del sito di installazione al fine di massimizzare la produzione;

Nei sistemi ad inseguimento i pannelli fotovoltaici sono ancorati su strutture orientabili (mono o biassiali) che seguono i movimenti del sole e permettono una maggiore produzione. Tali strutture sono però più costose e necessitano di manutenzioni più frequenti sulla meccanica di movimentazione.

Tipi di integrazione

IMPIANTO NON INTEGRATO ARCHITETTONICAMENTE
E' l'impianto fotovoltaico installato a terra o su tetto piano, in assenza di parapetto o comunque con un parapetto di altezza limitata.

IMPIANTO PARZIALMENTE INTEGRATO ARCHITETTONICAMENTE
E' l'impianto fotovoltaico installato su tetto a falda con i moduli complanari alla copertura, ovvero su tetto piano qualora sia presente un parapetto di altezza minima pari alla metà dell'altezza dei moduli.

IMPIANTO TOTALMENTE INTEGRATO ARCHITETTONICAMENTE
E' l'impianto fotovoltaico installato su tetto a falda dove i moduli sostituiscono il materiale di rivestimento dei tetti (ad esempio le tegole), oppure pensiline, frangisole, balaustre o parapetti, ecc...

Esposizione ed orientamento dei pannelli

Un impianto fotovoltaico deve essere installato con le superfici dei pannelli esposte a sud. Installazioni con esposizione verso sud-est o sud-ovest sono ammesse, prevedendo che, una volta in esercizio, l'impianto abbia una leggera perdita di produttività rispetto alla soluzione con esposizione ottimale. Per quanto riguarda l'inclinazione dei pannelli, l'inclinazione di 30 gradi rispetto al piano è quella che in Italia permette di avere la massima produzione annua di energia. In questo caso l'incidenza di una differente inclinazione sulla potenzialità produttiva dell'impianto è minore, ad esempio se contenuta tra +/- 10 gradi può essere trascurata.

La cella fotovoltaica

Le celle fotovoltaiche consentono di trasformare direttamente la radiazione solare in energia elettrica, sfruttando i cosiddetto "effetto fotovoltaico" che si basa sulla proprietà di alcuni materiali conduttori che opportunamente trattati ( tra cui il silicio ), generano direttamente energia elettrica quando sono colpiti dalla radiazione solare. Una cella fotovoltaica esposta alla radiazione solare si comporta come un generatore di corrente che dipende soprattutto dalla intensità della radiazione solare, dalla temperatura e dalla superficie. Essa ha di norma una forma quadrata con una superficie di circa a 100 cm², ( 10 x 10 ) si comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di soleggiamento tipiche italiane, una corrente di 3 A (Ampère) con una tensione di 0.5 V (Volt), quindi una potenza di 1.5 W (Watt).

I vari tipi di celle solari

A seconda dei loro processi di produzione, si distinguono vari tipi di celle fotovoltaiche:

    • Celle monocristalline: vengono prodotte tagliando una barra monocristallina. Il vantaggio principale è un alto rendimento (fino al 16%). Questo tipo di celle è però molto costoso a causa del complicato processo di produzione. Le celle di tipo monocristallino sono caratterizzate usualmente da un'omogenea colorazione blu.

    • Celle poli(multi-)cristalline: vengono colate in blocchi e poi tagliate a dischetti. Il rendimento é minore (10 - 12%), ma anche il prezzo. Questo tipo di celle è riconoscibile da un disegno ben distinguibile (a causa dei vari cristalli contenuti).

    • Celle amorfe: vengono prodotte mediante deposizione catodica di atomi di silicio su una piastra di vetro. Questo tipo di cella ha il rendimento minore (ca. 4¸ 8%), ma si adatta anche al caso di irraggiamento diffuso (cielo coperto, ecc.). Le celle cosí prodotte sono riconoscibili da un caratteristico colore scuro, inoltre sono realizzabili in qualsiasi forma geometrica (sono realizzabili forme circolari, ottagonali, irregolari, e persino convesse).

Celle a film sottile

    • Silicio amorfo, in cui gli atomi silicei vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Questa tecnologia impiega quantità molto esigue di silicio (spessori dell'ordine del micron). I moduli in silicio amorfo mostrano in genere una efficienza minore delle altre tecnologie, pur avendo garanzie in linea con il mercato. Il dato più interessante riguarda l'EROEI, che fornisce valori molto alti (in alcuni casi arrivano anche a 9), il che attesta l'economicità di questa tecnologia.

    • Telloruro di cadmio (CdTe)

    • Solfuro di cadmio (CdS) microcristallino, che presenta costi di produzione molto bassi in quanto la tecnologia impiegata per la sua produzione non richiede il raggiungimento delle temperature elevatissime necessarie invece alla fusione e purificazione del silicio. Esso viene applicato ad un supporto metallico per spray-coating, cioè viene spruzzato come una vernice. Tra gli svantaggi legati alla produzione di questo genere di celle fotovoltaiche vi è la tossicità del cadmio ed il basso rendimento del dispositivo.

    • Arseniuro di gallio (GaAs), una lega binaria con proprietà semiconduttive, in grado di assicurare rendimenti elevatissimi. Viene impiegata soprattutto per applicazioni militari o scientifiche avanzate (come missioni automatizzate di esplorazione planetaria o in apparecchiature particolarmente sensibili). Tuttavia il costo proibitivo del materiale monocristallino a partire dal quale sono realizzate le celle, lo destina ad un impiego di nicchia.

    • Diseleniuro di indio rame (CIS), con opacità variabile dal 100% al 70% ottenuta mediante fori ricavati direttamente nel film.

    • Diseleniuro di indio rame gallio (CIGS).

    • Cella a Eterogiunzione, letteralmente giunzione tra sostanze diverse, in cui è impiegato uno strato di silicio cristallino come superficie di sostegno di uno o più strati amorfi o cristallini, ognuno dei quali ottimizzato per una specifica sotto-banda di radiazione.

    • Silicio microsferico, in cui si impiega silicio policristallino ridotto in sfere del diametro di circa 0,75 mm ingabbiate in un substrato di alluminio.

Delle tecnologie citate, soltanto l'amorfo e il microsferico permettono la flessione del modulo: nel caso dell'amorfo non vi è la struttura cristallina del materiale ad impedirne la flessione, nel caso del microsferico non è la cella (sfera) a flettersi, ma la griglia a nido d'ape su cui è disposta.


Impianto solare integrato
         IMPIANTO INTEGRATO

Impianto solare parzialmente integrato
   PARZIALMENTE INTEGRATO

Impianto solare non integrato
     IMPIANTO NON INTEGRATO

celle monocristalline
     CELLE MONOCRISTALLINE

celle policristalline
     CELLE POLI-CRISTALLINE

celle amorfe
              CELLE AMORFE
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