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Impianto fotovoltaico: storia, funzionamento, efficienza

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Pannelli solari per impianto fotovoltaico sul tetto di casa

Pannelli solari

L'impianto fotovoltaico altro non è che un impianto elettrico in grado di produrre energia elettrica sfruttando quella solare, grazie all'impiego di pannelli fotovoltaici. Può essere grid connected (connesso ad una rete di distribuzione energetica) oppure stand alone (che utilizza in loco l'energia che produce e non è collegato a nessuna rete di distribuzione).

Cenni storici dell'impianto fotovoltaico

Il concetto di sfruttare al meglio quella che è una delle più importanti risorse del pianeta, ovvero l'energia solare, è qualcosa di davvero antico, 400 – 500 anni a.C. le abitazioni venivano concepite in modo tale da avere la migliore esposizione solare possibile.

I trattati di architettura già mettevano in risalto l'importanza di progettare abitazioni in base alle specifiche condizioni climatiche ed ambientali.

Sebbene possa sembrare scontato, così non è. Tanta moderna cementificazione non tiene conto del vantaggio assoluto, in termini energetici, di quanto sia importante sfruttare l'energia solare nel migliore dei modi, tanto per la produzione di energia elettrica quanto per l'esposizione.

Più luce solare, maggiore esposizione, minore il consumo di energia elettrica per illuminare o riscaldare.

Alexandre Edmond Becquerel nel 1839 conosce e scopre la produzione di energia con il fotovoltaico mentre lavora con celle elettrolitiche, osservando la differenza di potenziale tra due elettrodi di platino, uno illuminato e l'altro no.

Il fisico francese è ricordato come il primo ad utilizzare, e scoprire, l'effetto fotovoltaico con una cella solare.

Willoughby Smith, ingegnere elettrico, qualche anno più tardi, nel 1873 ha testato la fotoconducibilità del selenio grazie ad un progetto che doveva provare l'efficacia di un cavo sottomarino.

A seguire altri scienziati scoprirono come possibile produrre direttamente energia elettrica grazie al selenio che la convertiva dall'energia solare.

Gerald Pearson nel 1953 scopre casualmente, costruendo una cella solare quanto il silicio risultasse molto più efficiente rispetto al selenio, altri scienziati (Calvin Souther Fuller e Darryl Chapin) riuscirono poi a realizzare una cella in grado di produrre sufficiente energia elettrica per far funzionare dispositivi elettrici.

Negli anni 70 i progetti in grado di sviluppare impianti capaci di produrre energia elettrica convertendo quella solare, iniziarono a prendere sempre maggiore consistenza, per arrivare ai giorni nostri dove quella che si può definire la conquista fotovoltaica permette di autoprodurre energia elettrica grazie al Sole.

Come funziona l'impianto fotovoltaico

Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano il modulo capace di convertire energia solare in elettrica. Il flusso luminoso della luce solare (radiazione solare) va a colpire il materiale semiconduttore del pannello, solitamente costruito in silicio.

I pannelli solari possono essere posizionati sul tetto delle abitazioni, oppure trovare collocazione in spazio destinato al posizionamento dei pannelli, invece che integrato nell'edificio.

La dimensione di una cella fotovoltaica indicativamente varia dai 10 cm ai 16 cm circa di dimensione, ogni cella è poi impiegata per realizzare un modulo. Ne consegue che l'impiego può essere davvero molto flessibile secondo le esigenze, che possono essere basate sull'effettivo consumo energetico invece che lo spazio a disposizione dove collocare i moduli.

L'energia elettrica prodotta dal modulo passa attraverso dispositivi di bilanciamento per adattare la corrente elettrica prodotta, e trasformarla in alternata: a questo punto viene introdotta nella rete elettrica destinata ad alimentare il consumo locale, oppure risultare conteggiata da un apposito contatore del gestore quando si è in credito, ovvero quando si produce più energia di quella che si consuma, in quanto può essere venduta se introdotta nella rete del gestore.

Efficienza e rendimento degli impianti fotovoltaici

Gli impianti fotovoltaici vengono suddivisi, secondo la potenza prodotta in piccoli (dove la potenza nominale è inferiore ai 20 kW), medi (tra 20 e 50 kW), e grandi (con potenze superiori a 50 kW).

L'energia capace di essere prodotta dal modulo fotovoltaico assume il nome di potenza di picco: Wp, potenza massima producibile dall'impianto.

Il rendimento dell'impianto può dipendere dai materiali del modulo, la temperatura di esercizio, l'irraggiamento solare, ovvero la migliore angolazione della radiazione solare, che va ad investire in maniera più o meno ottimale ogni singola cella.

Le dimensioni di un impianto variano dal tipo di pannello impiegato nonché dalla potenza che si desidera produrre, mediamente la potenza nominale di 1 kW con modulo realizzato in silicio monocristallino o policristallino richiede circa 8 mq se installato sul tetto, utilizzando invece moduli in silicio amorfo (più economico), lo spazio da occupare diventa di circa 20 mq.

Il tellururo di cadmio come semiconduttore presenta anch'esso un buon rendimento ma inferiore al silicio mono / policristallino.

Per ogni watt di picco prodotto per mq il silicio amorfo arriva indicativamente a 60 Watt, il silicio mono e policristallino a 140 Watt / mq, il tellururo di cadmio 105 Watt / mq.

I costi più elevati del silicio mono e policristallino rappresentano dunque maggiori efficienze.

Le diverse tipologie di semiconduttore comunque, possono essere scelte in base alle specifiche condizioni climatiche e ambientali, la valutazione deve essere fatta da un professionista specializzato, e come vale sempre la pena di fare, è bene chiedere 2 – 3 pareri diversi, sempre ovviamente da persone competenti, al fine di farsi un'idea migliore e scegliere il miglior prodotto in rapporto qualità / prezzo.

Il silicio amorfo, che rappresenta minore efficienza e quindi anche minori costi, potrebbe essere comunque utilizzato in zone dal clima più caldo, dove la minor efficienza potrebbe essere compensata da un maggiore e più potente irraggiamento solare.

Contrariamente in zone prevalentemente fredde risulta opportuno scegliere semiconduttori con maggiore efficienza, in quanto occorre cercare di sfruttare al meglio la minore potenza dell'irraggiamento solare.

Anche perché il silicio cristallino può risentire, in termini di deterioramento, del forte irraggiamento solare; ecco perché la presenza sul mercato di semiconduttori differenti, ciascuno deve rappresentare il miglior rapporto efficienza / costi di installazione.

Quanto costa l'impianto fotovoltaico ?

Indicativamente, o se preferite a “a spanne”, un impianto fotovoltaico ha un prezzo che varia dai 2.000,00 (duemila) ai 4.000,00 (quattromila) € per ogni kWp.

Per un'abitazione con relativo uso domestico di energia elettrica potrebbero essere sufficienti 3 kWp. Un costo, sempre a spanne, intorno ai 15.000,00 (quindicimila) € è presumibile per realizzare un impianto in grado di fornire energia elettrica per un'abitazione dal consumo di energia di 5 kW, quindi, sempre indicativamente 3.000,00 € per kW.

Quanti sono i se? Tanti, in base a diverse e concrete motivazioni. Condizioni climatiche e ambientali, tipologia di semiconduttori più idonea, quantità di pannelli anche in base allo spazio che si dispone (sul tetto ? circa 8 mq per 1 kWp), grado di inclinazione (20° – 35° ?) dei pannelli solari quindi quanto irraggiamento solare sono in grado di sfruttare, in base ovviamente alla posizione geografica.

Insomma, in Sicilia non è la stessa cosa che in Lombardia. Ecco perché entrano in gioco tanti fattori legati al preventivo di un impianto di questo tipo.

Occorre anche dire che l'impianto fotovoltaico dovrebbe essere visto come un investimento, in quanto necessariamente si avrà bisogno di un periodo di tempo, più o meno lungo, per ammortizzare la spesa iniziale.

La soluzione ideale potrebbe essere quella rappresentata dal soddisfare il fabbisogno energetico familiare, o dell'azienda, con il proprio impianto e rivendere al gestore di rete l'energia che risulta in eccesso.

Questo rappresenterebbe da subito un modo concreto per ammortizzare l'investimento iniziale, che dovrebbe avere (decreti legge che cambiano sovente) una deducibilità fiscale del 55% per incentivare la riqualificazione ambientale ed energetica degli edifici.

Il gestore poi, sempre per incentivare il disegno di legge di riqualifica, dovrebbe (!!! siamo in Italia…) prendersi l'impegno di acquistare per 20 anni l'energia prodotta, ovvero la vendita di quella in eccesso al fabbisogno del nostro edificio.

Ed il costo varia, in base alla tipologia di impianto, cui esistono tre tipologie: non integrato (con pannelli posizionati esternamente l'edificio, esempio in un terreno adiacente), parzialmente integrato (pannelli fotovoltaici appoggiati sul tetto dello stabile), integrato (moduli che sono integrati con l'edificio, esempio le tegole solari).

Per un impianto che produce fino a 3 kWp (quindi un presumibile uso familiare) vengono corrisposti 0,40 € ogni kWp per un impianto non integrato, 0,44 € / kWp con impianto parzialmente integrato e 0,49 € / kWp per impianto integrato.

L'obiettivo è quello di incentivare la riqualificazione energetica, quindi energia pulita, legato alla salvaguardia ambientale, un impianto integrato nell'edificio non deturpa il paesaggio in nessuna misura.

Mediamente (a spanne !!!) un impianto può produrre circa 1.100 – 1300 kWh / anno nel Nord Italia, tra 1.100 – 1.500 kWh / anno nel Centro e tra 1.300 – 1.800 circa kWh / anno nel Sud.

Considerazioni: pro e contro del fotovoltaico

I costi proibitivi dei primissimi impianti fotovoltaici sono certamente stati abbattuti da un maggiore impiego di questa tipologia di impianto per produrre energia elettrica, avendo la buona idea di sfruttare la luce del sole per produrre elettricità.

Produrre energia pulita, che non inquina nemmeno quando viene prodotta: e su questo punto occorre dire qualcosa.

Reperire e lavorare il silicio, od altri materiali destinati a diventare semiconduttori per i pannelli fotovoltaici, implica di eseguire talvolta lavorazioni potenzialmente tossiche, quindi pericolose e dannose, tanto per l'essere umano quanto per l'ambiente.

Se per produrre energia pulita devo inquinare preventivamente, chiunque comprende che il paradosso è evidente.

L'incentivo a riqualificare la produzione energetica ed ambientale degli edifici, che dovrebbero essere rivolti verso un sempre maggiore risparmio energetico, deve essere sostenuto in maniera graduale, seria ed onesta a partire dalle azioni governative.

Dal momento che chiunque, anche chi è dotato di buon senso in quantità ridotta, può comprendere quanto non sia più ecosostenibile il futuro energetico controllato dal nucleare, dal petrolio, dal carbone, al fine unico di salvaguardare il pianeta, una politica che preveda una graduale riqualificazione degli impianti che producono energia elettrica può rappresentare una buona soluzione, ma non certo l'unica.

Ad oggi possiamo parlare di fotovoltaico, eolico, biomasse, che rappresentano le cosiddette energie alternative, che se ben utilizzate, con coscienza e cognizione di causa, possono concretamente aiutare l'ecosistema e l'essere umano.

Il riciclaggio e lo smaltimento dei pannelli fotovoltaici richiede manodopera e impianti idonei, altrimenti saremmo da punto a capo: produco energia pulita ma inquino l'ambiente, allora il gioco non vale la candela.

Buon senso e attenzione, sempre.

 

               

 

Felice Amadeo: autore di af1.it

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