Fotovoltaico: Tecnologie e casi di studio aziendali (Fattibilità tecnico-economiche) - Parte 1

Matteo Campana - Romagna Innovazione

Fotovoltaico: Tecnologie e casi di studio aziendali

(Fattibilità tecnico-economiche) “Ottimizzazione energetica nelle imprese e nelle istituzioni”

Labmeeting

Labmeeting – Ottimizzazione energetica nelle imprese e nelle istituzioni

Il solare fotovoltaico

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ogiaImpatto socioeconomicoImpatto socioeconomico

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PotenzialePotenziale


I principi di funzionamento

La radiazione solare, espressa in kWh/mq, esprime la potenzialità di produzione di energia elettrica come conversione dell’energia solare irradiata.

In media, tale rapporto è oggi compreso tra il 10% e il 20%, in base alla tecnologia utilizzata


grid-connectedgrid-connecteda isolaa isola

Il sistemaPannelloPannelloResponsabile della funzione fotovoltaica, generalmente costituito di silicio. I rendimenti spaziano mediamente tra il 10% e il 20% a seconda della tecnologia

InverterInverterResponsabile della conversione dell’energia in corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata disponibile per l’utenza domestica. Ha un rendimento medio del 90%

ContatoriContatoriPermettono 1.La fruizione della corrente generata dall’impianto e convertita dall’inverter direttamente dall’utenza2.L’immissione dell’energia in rete in caso di non necessità di utilizzo

CentralinaCentralinaPermette il monitoraggio e controllo remoto dell’impianto, verificandone quindi la produzione giornaliera e lo stato di funzionamento


Gli impianti solari fotovoltaici• Impianti collegati alla rete (anche chiamati grid-connected): sono

gli impianti “tradizionali”, ossia che sono creati con un collegamento alla rete elettrica nazionale (che realizza il distributore nazionale di energia elettrica) e che consentono l’utilizzo istantaneo di energia nel momento del bisogno e l’immissione sul circuito nazionale (con relativo incentivo statale) nel momento in cui la produzione non sia necessaria a soddisfare un’esigenza locale

• Impianti non collegati alla rete (per questo chiamati impianti a isola): in questo caso l’impianto fotovoltaico non viene collegato alla rete elettrica nazionale, ma viene realizzato per soli scopi di auto produzione di energia interna. Con questa modalità non è possibile ricevere gli incentivi statali dedicati all’immissione in rete di energia rinnovabile, ma non allacciando l’impianto alla rete diventa anche non necessario contattare il distributore nazionale di energia (Enel per conto di Terna) per avere l’allaccio e il relativo contatore di immissione, riducendo tempi e costi di installazione


Impianti a isola• Gli impianti a isola, a differenza degli impianti tradizionali connessi alla rete,

prevedono la gestione dell’energia che viene prodotta ma, non essendo l’impianto collegato alla rete elettrica, è da gestire in termini di accumulo per poterne usufruire successivamente

• Il costante e recente calo dei costi dei sistemi di accumulo sta favorendo lo sviluppo di questa tipologia di tecnologia

Note gest. intelligente


Applicazioni: tetti di abitazioni per utenze domestiche, capannoni industriali, impianti a terra. In base alla taglia e alla tipologia di impianto possono coprire parte o tutto il

fabbisogno energetico istantaneo;

I pannelli /1• Silicio poli/monocristallino: è la tecnologia

classica e più ad alto rendimento attualmente in commercio, adatta alle installazioni tradizionali (es. tetti di abitazioni, coperture di capannoni industriali, impianti a terra). I rendimenti, intesi come percentuale di trasformazioni di energia solare in energia elettrica, oscillano tra il 15 e il 20% con una durata di circa 20-25 anni, garantendo produzione sia con luce diretta che indiretta (ossia ; il materiale e la struttura hanno un peso tale da garantire robustezza ma che richiede alla struttura a cui sono appoggiati di sopportare un carico medio (proprio di tutte le abitazioni ma non di tutti i capannoni industriali, per via dei macchinari che possono essere già ancorati ad essi).


Applicazioni: capannoni industriali a bassa capacità di carico, vetrate, strutture e installazioni particolari, utilizzo non edilizio (es. caricabatterie);

I pannelli /2• Silicio amorfo: deriva strettamente

dal silicio cristallino, ha costi inferiori di circa il 30-40% rispetto al silicio cristallino, ma con rendimenti inferiori (intorno al 10% contro circa il 20% del cristallino) ma è un materiale molto più flessibile e leggero, adatto alle installazioni che sono vincolate a bassi carichi strutturali o installazioni particolari (es. installazioni verticali, in prossimità di finestre, particolarità di forme geometriche, ecc.);


I pannelli /3• Altre tecnologie: ad oggi esistono altre svariate tecnologie

non basate sul silicio che hanno l’obiettivo di garantire i rendimenti del silicio cristallino, riducendone il costo o migliorandone la flessibilità, o altre che semplicemente forniscono un’alternativa al silicio amorfo. Tra queste tecnologie possiamo ricordare


Gli inverter

È importante ricordare che la durata media di un inverter è di circa 10 anni, a dispetto dei circa 20-25 anni dei pannelli; per questo motivo è necessario prevedere, a metà vita dell’impianto, una fase di sostituzione del blocco inverter.


I componenti ausiliari



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Gli incentivi /1


Gli incentivi /2• Prevede un incentivo, dipendente dalle caratteristiche costruttive dei moduli e dal

tipo di installazione, per gli impianti che entreranno in esercizio entro il 31 dicembre 2014

• Le tariffe, a partire da metà 2012 e progressivamente fino a dicembre 2014, prevedono un calo sostanzialeCo

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Quinto CEQuinto CE

0,19 0,17 0,15 0,14 0,13


La diffusione /1

Fonte: Gse-Rapporto Statistico 2011http://corrente.gse.it/GSE%20Documenti/Solare%20Fotovoltaico%20Rapporto%20Statistico%202011.pdf


La diffusione /2

Come gran parte dei paesi Europei, l’Italia è soggetta alla normativa del 20-20-20, ossia ridurre del 20% le emissioni di gas a effetto serra, portare al 20% il risparmio energetico e aumentare al 20% il consumo di fonti rinnovabili, il tutto entro il 2020. Sicuramente, come emerge dai dati del rapporto del GSE, la potenza installata in Italia è, in proporzione, una delle più alte in Europa insieme alla Germania, data anche la natura favorevole del territorio.

Fonte: Gse-Rapporto Statistico 2011http://corrente.gse.it/GSE%20Documenti/Solare%20Fotovoltaico%20Rapporto%20Statistico%202011.pdf


La diffusione / 3Numerosità e Potenza totale Cumulata – Ago 2013

Fonte Gse http://www.gse.it/it/Conto%20Energia/GSE_Documenti/Fotovoltaico/05%20Risultati%20incentivazione/Grafici_della_numerosit%C3%A0_e_della_potenza_totale_cumulata.pdf


Costo


Simulazione applicativaIn generale, effettuando una simulazione su un consumo medio domestico (potenza 3 kWp), basandosi sulla zona di Forlì e su un consumo medio annuo stimato (pari a 3.229 kWh), si ottiene quanto segue.

Per le stime di simulazione si rimanda a questo applicativo http://www.calcolainrete.com/.



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Impatti ambientali /1

5.117 kWh

circa 2.500 kgCO2

Media di 140 gCO2/km

circa 18.000 km* Fonte il sole 24 ore


Impatti ambientali /2La normativa del V Conto Energia, con ottica orientata ai futuri impianti specifica l’ambito e le modalità di incentivazione per sole alcune tipologie di impianti fotovoltaici, e in particolare (estratto del V Conto Energia, art. 7 comma 5 lettera a)

“I moduli fotovoltaici devono essere prodotti da un produttore che aderisce a un sistema o consorzio europeo che garantisca il riciclo dei moduli fotovoltaici utilizzati al termine della vita utile dei moduli; l’attestazione è rilasciata dal sistema o consorzio di riciclo; per i moduli importati, l’adesione può essere effettuata dall’importatore”

In generale, nel momento in cui si parla di riciclo di pannelli fotovoltaici, è importante distinguere il problema del riciclo nelle parti fondamentali di cui il pannello stesso è suddiviso, ossia:


Dopo 20 anni il silicio perde la sua purezza e di conseguenza la sua capacità di trasformazione di energia solare in elettrica, vedendo un consistente calo di capacità produttiva dell’intero impianto

Per poter effettuare qualsiasi operazione di riciclo e recupero del silicio, è necessario separarlo dalle impurità e dai materiali a cui è mischiato per creare il wafer di silicio del pannello (es. colle, cavi di rame, ecc.); sono allo studio oggi alcuni processi chimici in grado di separare il silicio dalle impurità per iniziare poi un processo in grado di rendere nuovamente puro e produttivo il minerale, ma ad oggi è solo ricerca.



Potenzialità

• Agrovoltaico, con installazioni funzionali alla coltivazione o lavorazione del prodotto

• Riqualificazione di aree industriali

• GAS, ovvero Gruppi di Acquisto Solare che aiutano i privati cittadini creando reti private per la creazione e sfruttamento di impianti condivisi

• Tecnologie a concentrazione

• Tecnologie a inseguimento

• Tecnologie a rendimento combinato elettrico/termico

• Azione combinata di produzione elettrica e efficienza energetica

TecnologieTecnologie ApplicazioniApplicazioni


Metodologia di fattibilità fotovoltaica


Grazie per l’attenzione• Link istituzionali

– http://www.europarl.europa.eu/sides/getDoc.do?type=IM-PRESS&reference=20081216IPR44857&language=IT: pacchetto clima 20-20-20;– http://www.eerg.it/resource/pages/it/Progetti_-_MICENE/compendio_misure_consumi_elettrici.pdf: consumi elettrici medi;– http://www.energyexpert.it/attachments/article/229/DM-quinto-conto-energia-fotovoltaico_6lug2012.pdf: quinto conto enegia;– www.gse.it: Gestore del Servizio Elettrico nazionale;– www.aeeg.it: Autorità dell’Energia Elettrica e del Gas;

• Link didattici e informativi– http://www.energia360.org/effetto_fotovoltaico.html: introduzione alla spiegazione sull’effetto fotovoltaico;– http://www.pannellisolari.name/effetto-fotovoltaico.php: spiegazione all’effetto fotovoltaico;– http://www.enerpoint.it/solare/fotovoltaico/tecnologia/inverter-e-centraline.php: spiegazione del sistema di impianto fotovoltaico;– http://www.pvcycle.org/it/: organismo europeo di smaltimento e riciclo di pannelli fotovoltaici;– http://www.nextville.it/index/460: spiegazione e illustrazione di inverter di impianti fotovoltaici;– http://it.wikipedia.org/wiki/Modulo_fotovoltaico: illustrazione tecnica di costruzione di pannelli fotovoltaici;– http://www.nextville.it/index/444: : illustrazione delle diverse tipologie di pannelli fotovoltaici e loro tecnologie;– http://www.nextville.it/index/466: tecnologie alternative per pannelli fotovoltaici;– http://www.ecoage.it/rendimento-pannelli-solari.htm: rendimento pannelli solari;– http://www.incentivifotovoltaico.name/costo-impianti-fotovoltaici.php: ripartizione di costi per impianti fotovoltaici;– http://www.nitenssrl.it/pages/fotovoltaico/tecnologie.php: pannelli fotovoltaici in silicio amorfo;

• Link a simulatori– http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/: simulatore professionale di produttività di impianti fotovoltaici;– http://www.calcolainrete.com/: simulatore semplificato” con calcolo dei risparmi in bolletta e della produzione energetica;

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