Solare fotovoltaico

Prof. Ing. Piercarlo Romagnoni

Università IUAV di Veneziapierca@iuav.it

Dati di sintesi sugli impianti fotovoltaici nel 2016

Al 31 dicembre 2016 gli impianti fotovoltaici installati in Italiarisultano 732.053, cui corrisponde una potenza pari a 19.283MW.

Gli impianti di piccola taglia (potenza inferiore o uguale a 20kW) costituiscono oltre il 90% degli impianti totali installati inItalia e rappresentano il 20% della potenza complessivanazionale.

Nel solo anno solare 2016 sono stati installati più di 44.000impianti, la quasi totalità di potenza inferiore ai 200 kW, per unapotenza installata complessiva pari a 382 MW.

Nel corso dell’anno la produzione da fonte solare è pari a 22.104GWh, il 20,5% della produzione elettrica totale da fontirinnovabili.

Complessivamente, la potenza degli impianti fotovoltaicirappresenta il 36,9% di quella relativa all’intero parco impiantirinnovabile.

Il 62% dell’elettricità generata dagli impianti fotovoltaici èprodotta dagli impianti di taglia al di sopra dei 200 kW.

Fonte GSE: Report statistico 2016

Fonte GSE: Report statistico 2016

Fonte GSE: Report statistico 2016

Fonte GSE: Report statistico 2016

Fonte GSE: Report statistico 2016

Evoluzione della produzione fotovoltaica

Distribuzione % delle ore di utilizzazione degli impianti fotovoltaici

Nel 2016 il 50% degli impianti fotovoltaici è riuscito a produrre per 1.120 ore equivalenti, valore inferiore rispetto al dato del 2015 (1.171) e, più in generale, il più basso degli ultimi 4 anni osservati.

La cella solare

Cella solare commercialerealizzata con tecnologia serigraficasu substrato di silicio multicristallo

è un dispositivo elettronico capace di convertire direttamente la luce solare in elettricità

sfruttando le proprietà di conduzione

sotto illuminazione di alcuni materiali

semiconduttori

………

Il funzionamento

La cella

MATERIALE ISOLANTEGli elettroni di valenza non si possono allontanaredall’atomo in quanto sono bloccati dalla banda divalenza (banda = stato energetico)

MATERIALE CONDUTTOREGli elettroni di valenza sono liberi di muoversi e illoro movimento, provocato da un campo elettrico,origina la corrente elettrica.La banda di valenza e la banda di conduzione sonosovrapposte.

MATERIALE SEMICONDUTTORE

Gli elettroni di valenza non si possono muoverecome negli isolanti, ma la differenza energeticaesistente fra banda di valenza e di conduzione èpiccola, pertanto gli elettroni possono passare confacilità nella banda di conduzione se ricevonoenergia dall’esterno.

Tale energia può essere fornita dalla luce (effettofotoelettrico).

Grazie all’effetto fotoelettrico un semiconduttorediventa conduttore, ma non generatore elettrico!

Nella banda di conduzione gli elettroni sono liberi di muoversi.

EG corrisponde al quantità minima di energia che è necessariofornire all’elettrone per portarlo nella banda di conduzione

L’atomo di silicio ha 4 elettroni di valenza.L’atomo di fosforo ha 5 elettroni di valenza.

Inserendo atomi di fosforo fra quelli di silicio si crea unastruttura avente un elettrone disponibile per la conduzione. Nelsilicio si crea quindi un eccesso di cariche negative(elettroni) e si dice che esso è drogato negativamente (N).

L’atomo di boro ha 3 elettroni di valenza.Inserendo atomi di boro fra quelli del silicio si crea unastruttura con zone in cui manca un elettrone (lacune), ossiazone con mancanza di carica negativa. Tutto avviene come sefosse presente una carica positiva. Si dice che il conduttore èdrogato positivamente (P).

Giunzione P –N 1La lacuna può essere colmata da un elettrone che si sposta da unatomo vicino formando a sua volta una lacuna.

Lo spostamento di elettroni in un verso corrisponde allospostamento di lacune nel verso opposto.

Mettendo a contatto la zona drogata positivamente con quelladrogata negativamente si ottiene la cosiddetta giunzione P-N.

GIUNZIONE P-N 2

Nella giunzione P-N gli elettroni si diffondono naturalmente dallaregione ad alta densità (N) a quella a bassa densità (P), creandoun accumulo di carica negativa nella regione P.

Analogamente avviene per le lacune, con formazione di accumulodi lacune (cariche positive) nella regione N.

In sostanza, a ridosso della zona di giunzione, si stabilisce uncampo elettrico Ei interno alla giunzione stessa: tale campo, unavolta raggiunta la situazione di equilibrio, si oppone alla ulteriorenaturale diffusione di cariche.

GIUNZIONE P-N 3

La lacuna può essere colmata da un elettrone che si sposta daun atomo vicino formando a sua volta una lacuna.

Lo spostamento di elettroni in un verso genera uncorrispondente spostamento di lacune nel verso opposto.

Mettendo a contatto la zona drogata positivamente con quelladrogata negativamente si ottiene la cosiddetta giunzione P-N.

GIUNZIONE P-N 4Applicando dall’esterno una tensione DV, la giunzione permette ilpassaggio della corrente in un solo senso, funzionando come undiodo.

Tale situazione viene attuata dall’effetto fotovoltaico. La lucefornisce infatti agli elettroni l’energia sufficiente (fotoni) perpassare dalla banda di valenza a quella di conduzione.

L’elettrone, passando nella banda di conduzione, determina unalacuna. Le cariche elettriche sono messe in moto dalla differenzadi potenziale presente nella giunzione P-N.

quindi…

Quando la luce colpisce lasuperficie delsemiconduttore, i fotonicon energia inferiore a EGinteragiscono solodebolmente con ilsemiconduttore.

I fotoni con Eph > EGinteragiscono con glielettroni della banda divalenza, rompono illegame e creano unacoppia elettrone – lacuna.

Più elevata è l’energiadel fotone, più vicinoalla superficie vieneassorbita l’energia

•un diodo a giunzione

Una cella solare si può schematizzare come:

Struttura di una cella solare -1

nel substrato di silicio drogato di tipo p (base)vengono diffuse impurezze di fosforo per creare uno

strato di tipo n (emitter)e quindi realizzare la giunzione pn

emitter (n)

base (p)

Tramite la giunzione p-n i portatori di carica fotogeneratisi separano e possono raggiungere i contatti metallici

•con contatti metallici sul fronte e sul retro

Struttura di una cella solare -2

Contatto di tipo ngeneralmente realizzato

con argento

Contatto di tipo pgeneralmente realizzato

con alluminio

Tramite i contatti metallici i portatori di carica possono fluire dal diodo versoun circuito esterno

...

...

•collegato ad un circuito esterno

Struttura di una cella solare -3

+

I

V

Il collegamento del dispositivo ad un circuito

esterno consente una circolazione di corrente Ie la generazione di unatensione V ai capi del

carico

una potenza elettrica P P = VI

La radiazione luminosa è assorbita nelle regioni delsemiconduttore adiacenti alla giunzione P-N ed origina lecoppie di portatori elettroni lacune.La regione di tipo n, che è sulla parte della cella esposta allaradiazione, è a contatto con una pellicola trasparente di ossidoconduttore o da una griglia metallica specificamenteprogettata per oscurare solo una frazione modesta dellasuperficie.Lo strato conduttore o la griglia metallica costituisconol’elettrodo positivo.

Si definisce rendimento di conversione il rapporto tra lamassima potenza elettrica generata dalla cella e quella dellaradiazione solare incidente sulla cella stessa:

h = VM IM / Pi

A seconda del tipo di applicazione varia lo spettro dellaradiazione solare che effettivamente incide sulla cella e,conseguentemente, varia il valore del rendimento.

Celle solari commerciali sono diodi metallizzati per mezzo di screen printing con griglie in argento e alluminio

L’efficienza della cella è pari a (1)

12.5% su mc-Si con TiO2

13-15% su mc-Si con al nitride 14 – 15% su mono

Dimensioni tipiche sono 100 cm2, 150 cm2, 225 cm2

Solar cells

Il processo consente lo stampaggio di un film antiriflesso in SiN. Il diodo è realizzato per diffusione del fosforo in una fornace con rulli ceramici.

0

5

10

15

20

25

30

1920 1940 1960 1980 2000 2020Anno

Eff

[%

]

Laboratorio

Produzione

(1) Efficienza valutata con condizioni radianti standard di 1000 W/m2

Monocristallino

Multicristallino

Amorfo

Celle a film sottile

Cadmio Tellurio (CdTe) materiale policristallino (band gap 1,5 eV)efficienza conversione 9 – 11%

Rame, Indio, Gallio, Selenio (CIGS) materiale policristallino (band gap 1,3 eV)efficienza conversione 10 – 14% (max 19,5%)

spessore substrato attivo 1 – 2 mm

Il modulo fotovoltaicoUn modulo FV consiste di un insieme di celle solari

elettricamente connesse e confezionate in un’unica unità

Tipicamente le celle vengono connesse in serie per aumentare la tensione d’uscita del modulo.

Le celle interconnesse vengono incapsulate(EVA+Tedlar+vetro) , laminate

ed infine viene montata la cornice

Generalmente un modulo è costituitoda 36 celle per assicurare una tensione

maggiore di 12 volts

Prestazioni

Il sistema fotovoltaicoUn sistema fotovoltaico è costituito da un insieme di moduli

connessi in serie ed in parallelo a seconda dell’utilizzo

Nella connessione in serie :•la tensione è la somma delle tensioni dei singoli moduli•la corrente è pari alla corrente di ogni singolo modulo

Nella connessione in parallelo :•la tensione è pari alla tensione di ogni singolo modulo•la corrente è pari alla somma delle correnti dei singoli moduli

Applicazioni dei sistemi FV

Sistemi isolatiperché alimentano direttamente un carico elettrico

e la parte eccedenteviene accumulata in apposite batterie

Stand-alone

Sistemi connessi ad una rete di distribuzioneperché l’energia viene convertita in corrente alternata

per il carico utente e/o immessa nella rete con la quale lavora in regime di interscambio

Grid-connected

Generazione I, II e III :

Efficienza in funzione delle proiezioni dei costi per una tecnologia PV di prima, seconda e terza generazione

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICAUn generatore elettrico produce una quantità di energia pari alprodotto della propria potenza per il tempo di funzionamento t.

E= P t [kWh] P = L/t [kW] L = E = P t [kWh]

Le ore di funzionamento annue sono pertanto un parametroimportante per la produzione di energia elettrica in unimpianto tradizionale e sono pari al n° di ore annuo (8760)decurtate delle ore fuori servizio per manutenzione oinconvenienti tecnici.

Le ore di fermo di una centrale elettrica sono parte nota deltotale, quindi la potenza nominale è un parametro significativodell’energia prodotta.In un impianto PV la P nominale non è significativa in quantovaria in funzione della località e dell’istante considerato(giorno, ora e condizioni meteorologiche). L’energia solare nonè sempre disponibile e varia da un giorno all’altro.

ENERGIA PRODUCIBILE DA UN IMPIANTO PV IN UNDETERMINATO LUOGO

Occorre stimare le ore “equivalenti a piena potenza”, le qualisono ore fittizie in quanto si riferiscono al funzionamento apotenza nominale. Ad esempio un impianto avente P=5kWche produce 5000 kWh ha 1000 ore equivalenti a pienapotenza.

La convenienza di un impianto PV aumenta quindi col n° diore equivalenti a piena potenza, pertanto prima dellarealizzazione dell’impianto stesso occorre valutare le risorsesolari del luogo.

L’energia prodotta da un impianto PV dipende da:- RADIAZIONE SOLARE DISPONIBILE,- ORIENTAMENTO E INCLINAZIONE DEI MODULI,- RENDIMENTO DELL’IMPIANTO.

Dal sito www.enel.it

L’impianto di potenza complessiva pari a 5 kWp è destinatoprincipalmente ad utenti domestici con consumi indicativamentepari a 6600 kWh equivalenti ad una spesa annua di circa 1.200 €.

Per questo tipo d'impianto occorrono solamente 40m2 circa di tettopurchè i moduli fotovoltaici vengano opportunamente orientativerso sud e risultino privi di significativi ombreggiamenti.

L’impianto, per installazioni standard, viene proposto da Enel ilprezzo, chiavi in mano, di 22.000,00 € (IVA inclusa).

Questo importo comprende anche la predisposizione delledomande al G.S.E. Spa (Tariffa incentivante e Scambio sul Posto)e al Gestore Locale per la connessione dell’impianto.

Non sono compresi oneri ed adempimenti per la richiesta delleautorizzazioni amministrative ai fini dell'installazione dell'impianto.

Alcune regole pratiche….

• disponibilità dello spazio necessario per installare i moduli(per ogni 1 kWp di potenza installata occorrono circa 7/8/12m2 di moduli con celle monocristalline/policristalline/thinfilm);

• corretta esposizione e inclinazione della suddettasuperficie;

• assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento.

Le condizioni ottimali per l’Italia sono:

• esposizione SUD (accettata anche SUD-EST, SUD-OVEST,con limitata perdita di produzione);

• inclinazione 30°-35° (accettata anche 15°-45° conlimitata perdita di produzione).

Impianto PV

L’UBICAZIONE DELL’IMPIANTO FOTOVOLTAICO

Posizione da evitare per una corretta integrazione architettonica

L’orientamento ideale è a SUD con un angolodi inclinazione tra i 15° e i 45° per i paesidell’Europa meridionale, e tra i 25° e 60° peri paesi dell’Europa settentrionale.

In Italia le condizioni ottimali perl’installazione sono:• Esposizione: SUD• Inclinazione: 30°• assenza d’ombreggiamento• disponibilità di superficie netta per imoduli: circa 8 – 10 m2 x kWp

Nord Italia: 1.100 kWh

Centro Italia:1.300 kWh

Sud Italia: 1.500 kWh

Valori mediannui diproducibilitàin Italia x 1kWp

Quindi…

A Venezia: se ho un consumo di 5000 kWh/ anno, mi serviranno almeno 4,5 kWp (4,5 x 1100 = 4950 kWh) per un totale di circa 36 – 40 m2 ( 8 x 4,5).

A Palermo: se ho un consumo di 5000 kWh/ anno, mi serviranno almeno 3,5 kWp (3,5 x 1500 = 5250 kWh) per un totale di circa 28 – 35 m2 (8 x 3,5).

A Roma: se ho un consumo di 5000 kWh/ anno, mi serviranno almeno 4,0 kWp (4,0 x 1300 = 5200 kWh) per un totale di circa 32 – 35 m2 (8 x 4,0).

MODALITA’ DI INTEGRAZIONE dei sistemi PV negli edifici:(Building Integration Photovoltaics – BIPV)

ESIGENZE:

• DI RISPARMIO ENERGETICO

• DI TUTELA AMBIENTALE

• DI IMMAGINE

• DI CARATTERE EDUCATIVO E DIMOSTRATIVO

Per promuovere l'utilizzo di fonti rinnovabili per la creazione dienergia, il 19 Settembre 2005 e' entrata in vigore anche inItalia la possibilità di usufruire di incentivi per la costruzione diimpianti fotovoltaici (pannelli solari che producono elettricità),che verranno erogati in "conto energia", ovvero rivendendotutta l'energia elettrica prodotta direttamente al gestore GSE(Gestore dei servizi elettrici) ad una tariffa incentivante.

L'energia prodotta dall'impianto fotovoltaico viene convertitadall'inverter e immessa nella rete locale a bassa tensione.

Il primo contatore posizionato dal gestore GSE a valledell'inverter, conteggia tutta l'energia prodotta dall'impianto, ericonosce al produttore, per venti anni, a seconda della classe diappartenenza definita in base alla potenza, delle tariffeincentivanti che variano al variare della tipologia di impianto edella potenza; in particolare vengono distinte le seguentitipologie di impianto:

1. Impianto non integrato (es. impianto al suolo)2. Impianto parzialmente integrato (es. impianti a tettoaderenti alla superficie della copertura)3. Impianto integrato (es. pensiline con copertura costituita damoduli fotovoltaici)

DM 5 Luglio 2012V Conto energia (GU 10 Luglio 2012)

Allegato 4Caratteristiche e modalità di installazione per applicazioniinnovative finalizzate all'integrazione architettonica

1. Caratteristiche costruttiveAl fine di accedere alla tariffa di cui all’art. 8 del presente decreto, imoduli e i componenti speciali dovranno avere tutte le seguenticaratteristiche:

1. moduli non convenzionali e componenti speciali, sviluppatispecificatamente per integrarsi e sostituire elementi architettonici diedifici, energeticamente certificabili, quali:

a) coperture degli edifici;b) superfici opache verticali;c) superfici trasparenti o semitrasparenti sulle coperture;d) superfici apribili e assimilabili quali porte, finestre e vetrineanche se non apribili comprensive degli infissi;

2. moduli e componenti che abbiano significative innovazioni dicarattere tecnologico;

3. moduli progettati e realizzati industrialmente per svolgere, oltrealla produzione di energia elettrica, funzioni architettonichefondamentali quali:

a. protezione o regolazione termica dell'edificio. Ovvero ilcomponente deve garantire il mantenimento dei livelli difabbisogno energetico dell'edificio ed essere caratterizzato datrasmittanza termica comparabile con quella del componentearchitettonico sostituito;b. moduli e componenti speciali progettati ed installati pergarantire tenuta all'acqua e conseguente impermeabilizzazionedella struttura edilizia sottesa;c. moduli e componenti speciali progettati e installati pergarantire tenuta meccanica comparabile con l'elemento ediliziosostituito.

2. Modalità di installazioneAl fine di accedere alla tariffa di cui all’art.8 del presentedecreto, i moduli e i componenti speciali dovranno, almeno,essere installati secondo le seguenti modalità:

1. i moduli devono sostituire componenti architettonicidegli edifici;2. i moduli devono comunque svolgere una funzione dirivestimento di parti dell'edificio, altrimenti svolta dacomponenti edilizi non finalizzati alla produzione dienergia elettrica;

3. da un punto di vista estetico, il sistema fotovoltaico devecomunque inserirsi armoniosamente nel disegno architettonicodell'edificio.

Progetto di un impianto fotovoltaico

Dati di base

elevazione solare (in ogni ora del giorno e per ogni periodo dell’anno)

soleggiamento medio

Inverno Estate MedioSud Italia 3,5 kWh/(m2 day) 7,1 kWh/(m2 day) 5,4 kWh/(m2 day)Centro Italia 2,7 kWh/(m2 day) 6,4 kWh/(m2 day) 4,7 kWh/(m2 day)Nord Italia 1,3 kWh/(m2 day) 5,6 kWh/(m2 day) 3,6 kWh/(m2 day)

I dati forniti sono da interpretare anche come heq = ore sole equivalenti

Ipotesi di carico giornaliero3,1 kWh/(day persona)

Impianto isolato (stand alone)

Stima di produzione minima giornaliera

Es. Dicembre Italia Nordinsolazione: 1,3 kWh/(m2 day)

Consumo = carico = 8 kWh/day

Rapporto prestazionale r = 80% (buona posizione e buona manutenzione)

Scelta del modulo: es. monocristallino Pnom = 180 Wph = 14,4%Vnom = 12 V

P = carico/(insolazione r) = 7,7 kWpN moduli = P/ Pmod = 42,7 moduli

Area occupata = 1,58 x 0,79 x 43 = 53,7 m2

Garantisco la copertura del carico per 4gg, considerando assente l’irraggiamento.

Poiché occorre considerare il rendimento h di carica e la profondità di scarica della batteria (tipicamente ≈ 0,8 entrambe)

Disponendo di batterie a 24 V, occorrerà installare una capacità pari a:

kWhGiorniCaricoCaccumulo 508,08,0

148

1)(

h

AhVC

Capacitàbatteria

accumulo 20832400050

Si può partire da:- dati di soleggiamento medio annuale [kWh/(m2 year)]: S- consumo energetico annuo C

Moltiplicare il valore per un coefficiente correttivo che consideri le diverse inclinazioni ed orientamento dei collettori (tabella per latitudine = 45°N): S’

Considerare l’efficienza complessiva dell’impianto F

F = eff. Modulo x eff. Impianto (≈ 80%)

Determinare l’energia elettrica utile EEut:

EEut = S’/F [kWh/(m2 year)]

La superficie necessaria sarà pari a:

Area = C/EEut

Data l’area del singolo modulo Am, sarà possibile determinare il numero di moduli necessari N:

N = Area/ Am

Per una potenza di picco Pp pari a:

Pp = Pmodulo x N

Nel caso precedente si avrebbero 22 moduli, ma una energia di picco pari a circa 4 kWh.

Se voglio aumentare la potenza di picco (massimo contemporaneo), dovrei utilizzare un numero di moduli circa doppio.

Orientamento (gradi)

Inclinazione (gradi)

20 30 45 60 90

0 (Sud) 1,11 1,13 1,11 1,03 0,75

± 15 1,10 1,12 1,11 1,03 0,76

± 30 1,09 1,11 1,10 1,03 0,78

± 45 1,07 1,09 1,08 1,02 0,79

± 60 1,05 1,06 1,04 0,99 0,78

± 90 (Est-Ovest) 0,99 0,97 0,94 0,88 0,70

Coefficienti correttivi da applicare a superfici variamente inclinate e orientate

α

A C

C=L*sen(α)*tg(β)

L: Lunghezza pannelloα: inclinazione pannelloβ: altezza solare (in inverno 21°) C: Distanza fra i pannelli

B

L

βα

A C

C=L*sen(α)*tg(β)

L: Lunghezza pannelloα: inclinazione pannelloβ: altezza solare (in inverno 21°) C: Distanza fra i pannelli

B

L

β

C = L sin a/ tg b

descrizione N° potenza utilizzo fc Consumo[Wh/day]

Frigo 150l 1 60 8 1 480

Congelatore 50 l 1 60 8 1 480

Luci basso consumo 13 W

15 195 5 0,5 490

Televisore 14” 1 50 3 1 150

Radio - stereo 1 20 4 1 80

Pompa sommersa 1 300 1 1 300

Carichi altro tipo 150 1 1 150

1. Determinare il carico totale in corrente e iltempo di funzionamentoPrima di iniziare a determinare i requisiti attuali dei carichi di un impianto PVè necessario decidere la tensione operativa nominale dell'impianto PV. Disolito, si può scegliere tra una tensione nominale da 12V o 24V.Quando si conosce la tensione, il passo successivo consiste nell'esprimere ilfabbisogno energetico giornaliero dei carichi in termini di tempo operativocorrente e medio espresso in Ampere-ora [Ah]. In caso di carichi di correntecontinua, il fabbisogno giornaliero di energia [Wh] viene calcolatomoltiplicando la potenza nominale [W] di un singolo apparecchio con il tempooperativo giornaliero medio [h]. Dividendo il Wh dalla tensione operativanominale del sistema FV, si ottiene l'Ah richiesto dall'apparecchio.

ESEMPIO: Un sistema PV a 12 V PV è connesso a 2 apparecchiaturein DC, A e B rispettivamente; queste richiedono 15 e 20 W diPotenza elettrica. Il tempo di funzionamento medio per giorno è di 6h per l’apparecchio A e di 3 per il B.Esprimendo le richieste energetiche di questi apparecchi in termini diAh, questi sono:Apparecchio A: 15W×6h = 90WhApparecchio B: 20W×3h = 60WhTotale: 90Wh+60Wh = 150Wh quindi 150Wh/12V = 12.5 Ah

Nel caso di carichi in alternata l’uso di energia deve essereespresso in termini di energia richiesta in corrente continuapoichè è tale corrente che il Sistema genera. L'equivalente incorrente continua del consumo energetico di un carico in CA èdeterminato dividendo l'utilizzo di energia del carico in CA perl'efficienza di un inverter, che è tipicamente dell'85%.Dividendo il fabbisogno di corrente continua per la tensionenominale del sistema PV viene determinato l'Ah

ESEMPIO:Un computer alimentato in AC (device C) e un TV (device D)sono connessi ad un sistema PV. Il computer, la cui potenza èvalutata in 40W, è utilizzato per 2 ore al giorno e la TV, la cuipotenza assorbita è valutata in 60W, è usata per 3 ore al giorno.Le richieste di energia di tali apparecchi espresso in DC Ah èdefinite come segue :Device C: 40W×2h = 80Wh Device D: 60W×3h = 180Wh Totale: 80Wh+180Wh = 260Wh DC richieste: 260Wh/0.85 = 306Wh 306Wh/12V = 25.5 Ah

2. Aggiunta delle perdite di sistemaAlcuni componenti del sistema fotovoltaico, come iregolatori di carica e le batterie, usano l'energia persvolgere le loro funzioni. Indichiamo l'uso di energia daparte dei componenti del sistema come perdite di energiadel sistema. Pertanto, il fabbisogno energetico totale deicarichi, che sono stati determinati nella fase 1, aumenta diun fattore dal 20 al 30% al fine di compensare le perdite delsistema.

ESEMPIO: I requisiti di corrente totale del sistema più perdite (20%) posso essere definite come segue:

(12.5Ah + 25.5Ah) × 1.2 = 45.6Ah

3. Determinatre l’irradiazione solare comenumero di ore equivalenti (EHS)La quantità di energia fornita da un modulo fotovoltaico dipendeda diversi fattori, come i fattori meteorologici locali, icambiamenti stagionali e l'installazione dei moduli.I moduli fotovoltaici devono essere installati al corretto 'angolo diinclinazione' per ottenere le migliori prestazioni durante tuttol'anno. È anche importante sapere se un sistema fotovoltaicodovrebbe essere utilizzato tutto l'anno o solo durante un certoperiodo dell'anno. L'energia prodotta in inverno è molto inferiorealla media annuale e nei mesi estivi l'energia generata puòessere molto più elevata della media.

Nel linguaggio PV, 1 sole equivalente significa un’irradiazione paria 1000 W/m2. Questo valore corrisponde allo standard al quale laprestazione delle celle e del modulo è determinate.I parametri nominali dei moduli possono essere determinatiall'irraggiamento solare di 1 sole equivalente.Quando i dati di irradiazione solare sono disponibili per unadeterminata località, è possibile determinare le ore solariequivalenti.

Per esempio, nel Nord Italia l’irradiazione solare mediaannuale è pari a 1100 kWh/ m2.

1 sole equivalente rilascia 1100 W/ m2 = 1,1 kW/m2

Ciò significa che l’irradiazione solare media annual nel NordItalia può essere espressa come :

1100/1 = 1100 ore solari equivalenti anno che significano1100 h/365 giorni = 3.1 h/giorno.

4. Determinare il requisite di corrente del sistema solarePV

La corrente che deve essere generata dall‘interoimpianto solare PV è determinata dividendo ilfabbisogno totale di energia in DC dell'impiantofotovoltaico inclusi i carichi e le perdite di sistema(calcolate nel passaggio 2 ed espresse in Ah) dalle oresolari equivalenti giornaliere (calcolato nel precedentestep 3).

ESEMPIO:I requisiti totali di corrente DC di carichi e perditesono pari a 45.6Ah. Il valore giornaliero di EHS per ilNord Italia è 3 ore.Il requisite di corrente generate dal sistema solare PVsarà pari a 45.6Ah/3h = 15.2A.

5.Determinare l’arrangiamento ottimale per un insieme dimoduliDi solito i produttori di moduli fotovoltaici producono un'intera serie dimoduli che differiscono nella potenza di uscita.

La disposizione ottimale dei moduli è quella che fornirà la corrente totaledell’intero sistema (determinata al punto 4) con il numero minimo dimoduli.

I moduli possono essere collegati in serie in parallelo per formare ilsistema. Quando i moduli sono collegati in serie, la tensione nominale delsistema fotovoltaico viene aumentata, mentre la connessione paralleladei moduli si traduce in una maggiore corrente nel sistema fotovoltaico.

Il numero di moduli in parallelo viene calcolato dividendo la correntetotale richiesta dall’intero sistema solare (determinata nel passaggio 4)per la corrente generata dal modulo alla potenza di picco (correntenominale nella scheda tecnica).Il numero di moduli in serie è determinato dividendo la tensionenominale del sistema FV con la tensione nominale del modulo (nellascheda tecnica in fase di configurazione). Il numero totale di moduli è ilprodotto del numero di moduli richiesti in parallelo e il numero richiestoin serie

ESEMPIO:La corrente totale generata da un impianto solare PV èpari a 15.2A. Il modulo prescelto è il modello Shell SM50-H. La specifica di tali moduli è fornita nella tabellaprecedente . La corrente fornita da ciascun modulo è paria 3.15A.

Il numero dei moduli in parallelo è 15.2A/3.15A = 4.8 < 5moduli. La tensione nominale del Sistema PV è pari a 12Ved il voltaggio nominale di un modulo è 12V.

Il numero di moduli da collocare in serie è 12V/12V = 1.

Il numero totale di modulo necessari nel sistema è pari a5 × 1 = 5 moduli.

6. Determinare le dimensioni della batteria per un tempodi riserva consigliatoLe batterie sono un componente importante nei sistemi fotovoltaici stand-alone.Le batterie forniscono il funzionamento del carico notturno o in combinazionecon i moduli fotovoltaici durante i periodi di luce solare limitata. Per unfunzionamento sicuro dell'impianto FV è necessario prevedere periodi con temponuvoloso e pianificare una riserva di energia immagazzinata nelle batterie.

Questa capacità di riserva viene definita come autonomia del sistemafotovoltaico, il che significa un periodo di tempo in cui il sistema non dipendedall'energia generata dai moduli fotovoltaici e viene valutato in giorni.

L'autonomia del sistema dipende dal tipo di carico. Per i carichi critici come icomponenti di telecomunicazione, l'autonomia può essere di 10 giorni e oltre,per l'uso residenziale di solito è di 5 giorni o meno.

La capacità [Ah] delle batterie viene calcolata moltiplicando il fabbisognoenergetico giornaliero totale del sistema fotovoltaico, inclusi i carichi e le perditedi sistema (calcolati nel passaggio 2 ed espressi in Ah) per il numero di giorni ditempo di riserva consigliato.Per prolungare la durata della batteria si consiglia di utilizzare la batteriautilizzando solo l'80% della sua capacità. Pertanto, la capacità minima dellebatterie è determinata dividendo la capacità richiesta di un fattore di 0,8.

ESEMPIO:I requisiti in termini di corrente continua DC totali deicarichi più le perdite di sistema sono 45,6 Ah. La capacitàdi tempo di riserva consigliata nell’installazione è di 5giorni.La capacità della batteria richiesta dal sistema è 45,6 Ah ×5 = 228 Ah.

La capacità minima di una batteria per operare incondizioni di sicurezza è pari a:

228Ah/0.8=285Ah

Software free

http://www.nrcan.gc.ca/energy/software-tools/7465

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php