PV design e installazioni

Prof. Ing. Piercarlo Romagnoni

Università IUAV di VeneziaDorsoduro 2206 – 30123 Venezia

pierca@iuav.it

Italia: Sistemi Fotovoltaici 2018 (fonte: GSE)

Alla fine del 2018 risultano installati in Italia 822.301 impiantifotovoltaici; la maggior parte di questi (92% circa) ha potenza inferiorea 20 kW. Il 37% della potenza installata si riferisce a impiantifotovoltaici di taglia compresa tra 200 kW e 1 MW.

Complessivamente, la potenza degli impianti fotovoltaici rappresenta il37,0% di quella relativa all’intero parco impianti rinnovabile.

Nel corso dell’anno la produzione da fonte solare è stata pari a 22.654GWh, pari al 19,8% della produzione elettrica totale da fontirinnovabili; il 61% dell’elettricità generata dagli impianti fotovoltaici èprodotta dagli impianti di taglia al di sopra dei 200 kW.

da GSE: Report statistico 2018

da GSE: Report statistico 2018

da GSE: Report statistico 2018

La provincia di Lecce,con 893,1 GWh,presenta la maggiorproduzione dienergia elettrica daimpianti fotovoltaicinel 2018, pari al3,9% del totalenazionale.Tra le altre provinceemergono Brindisi,Bari e Foggia al Sud,Viterbo e Roma alCentro, Cuneo eRavenna al Nord.

da GSE: Report statistico 2018

Produzione di energia elettrica da PV in Italia

Nel 2017 la produzione degli impianti fotovoltaici in Italia ha raggiunto 24.378 GWh; in deciso aumento rispetto al valore di produzione osservato l’anno precedente (+10,3%).

Distribuzione ore di utilizzo degli impianti

Nel 2016 le ore di utilizzazione sono state 1158 mentre erano1225 nel 2015 e 1211 nel 2014 (quindi in calo)

Confronto ore di utilizzo 2017-2018: dallo spostamento verso sinistradella distribuzione del 2018 rispetto a quella del 2017 e dalla differenzatra le superfici associate ai due anni si nota come l’anno 2017 sia statopiù produttivo del 2018 (il dato di ore medie di utilizzazione equivalentiè sceso da 1.251 del 2017 a 1.141 del 2018).

Il fotovoltaico: • Cella < Modulo < Pannello < Installazione (Array)

La cella fotovoltaica

MATERIALE SEMICONDUTTORE

Gli elettroni di valenza sono gli elettroni che occupano lebande energetiche più esterne in un legame tra atomi.

Nei materiali isolanti, la banda di valenza si sovrappone aquella di conduzione e gli elettroni sono liberi di muoversi; neimateriali semiconduttori, la differenza energetica esistente frabanda di valenza e di conduzione è piccola, pertanto glielettroni possono passare con facilità nella banda diconduzione se ricevono energia dall’esterno.

Tale energia può essere fornita dalla luce (effettofotoelettrico).

Grazie all’effetto fotoelettrico un semiconduttore diventaconduttore, 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

Come si ottiene un semiconduttore

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.Nel silicio 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).

Molte lacune, pochi elettroni Molti elettroni,

poche lacune

Giunzione P –N

Se i due strati, appunto detti n (negativo) e p (positiva) vengonosovrapposti si ottiene una giunzione detta p-n.

Nella zona p, dal lato delcontatto dove è avvenuto ilflusso, si concentrano piùelettroni e lo strato presentauna carica negativa; lazona n risulta, invece, verso lazona di contatto, caricapositivamente.

In questa maniera si èottenuto un campo elettrico dibassa entità, ma stabileall’interno del cristallo dimateriale semiconduttore.

Per diffusione le lacune presenti nella regione p tendono a spostarsinella regione n; viceversa gli elettroni presenti in eccesso (rispettoalla regione p), sempre per diffusione, si spostano verso la regione p.

Il potenziale elettrico generato dallo spostamento delle carichebilancia il moto di diffusione.

La regione di contatto è detta di carica spaziale o di “svuotamento”(depletion zone).

A seconda dei materiali utilizzati, si origina il potenziale «built-in» DVdovuto alle cariche elettriche che contrasta il fenomeno di diffusionedelle cariche.

Se si applica un campo esterno alla giunzione p-n, DV sarà ridotto

La giunzione può essere utilizzata come diodo a semiconduttore.In particolare se si applica un potenziale tra le due regioni (positivo sullato p e negativo su quello n) si può osservare il passaggio dellacorrente purchè il potenziale applicato sia in grado di sovrastare ilpotenziale interno (almeno 0,6 -0,7 V).

Viceversa, se il potenziale creato viene invertito, (negativo lato p,positivo al lato n), il potenziale creato si somma al potenziale interno eostacola il passaggio delle cariche

p n

V

+ -

Una cella solare fotovoltaica è quindi un diodo formato dall’unione diun materiale di tipo p con uno di tipo n.

+ -

Cariche fotogenerate in una cella solare a causa dell'assorbimento di luce.W è la larghezza della regione di svuotamento, mentre Ln e Lp sono lunghezze didiffusione delle cariche nelle regioni n e p. La quantità di assorbimento si riducecon la profondità e quindi la regione di svuotamento deve essere vicina allasuperficie per massimizzare l'assorbimento.

Quando la luce incide sul materiale semiconduttore, i fotoni con energia Eph <Eg(energia necessaria per il salto di banda) interagiscono solo debolmente con ilsemiconduttore, attraversandolo come se fosse trasparente. I fotoni con Eph> Eginteragiscono con gli elettroni nei legami covalenti, usando la loro energia perrompere il legame e creare coppie di elettroni-lacune.

Unavailable in 2005BP Solar BP 4170S170 Watt 24V Monocrystalline Solar Panel

The BP 4170 solar panel is designed to provide superior performance for residential, commercial, and industrial grid-connect systems. By increasing the diameter of the cell, performance is maximized while improving aesthetics. With time-tested monocrystalline silicon solar cells and installation-speeding polarized connectors, it provides cost-effective power for systems that demand premium module efficiency.

Electrical SpecificationsMaximum Power: 170 WattsNominal Voltage: 34.7 voltsVoltage at Pmax: 34.7 VoltsCurrent at Pmax: 4.9 AmpsWarranted minimum Pmax: 161.5 WattsShort-circuit current: 5.4 AmpsOpen-circuit voltage: 44.0 Volts

Mechanical SpecificationsDimensions (LxWxD): 62.8 x 31.1 x 1.97 inches (1595x790x50) mmWeight: 34 lbs (15.4kg)Solar Cells: 72 cells in a 6x12 matrix connected in seriesOutput Cables: MC Connectors RHW AWG# 12 cable with polarized weatherproof DC rated connectorsDiodes: Three 9A, 45V Schottky by-pass diodes includedConstruction: Front: High-transmission 3mm (1/8th inch) tempered glass; Back: Tedlar; Encapsulant: EVAFrame: Rugged clear anodized aluminum alloy type universal frameLimited Warranty: 25 years

Quality and Safety ListingsESTI, CE, TUV, UL Listed

Note: These panels must ship via truck freight due to size. Please call or email for a shipping quote and to order.

BP Solar BP-4170S, 170 Watt Solar Panel1561

BP Solar BP-4170S, 170 Watt Solar Panel

PV solar panel specifications BP Solar BP-4170S, 170 Watt Solar Panel

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 / Psole

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

Tecnologie di celle fotovoltaiche

• Silicio monocristallino

• Silicio policristallino

• Film sottile– Es. Silicio amorfo o Cd-Te

Moduli in Silicio Monocristallino

• I più efficienti (11% - 14%) • I più cari in produzione• Celle di forma circolare

creano ampi spazi vuotinei moduli

Moduli policristallini

• Meno costosi che I moduli monocristallini

• Le celle sono leggermentemeno efficenti di quellemonocristalline (10% - 12%)

• La forma quadrata delle cellefittano meglio le dimensionidel modulo

Film sottile e amorfo• Tecnologia più economica per

la produzione• La griglia metallica è

rimpiazzata da ossiditrasparenti

• Efficienza 6 – 8 %• Può essere depositato su

supporti flessibile• Meno soggetto a problem di

ombreggiamento• Migliori prestazioni in

condizioni di bassi livelli di irradiazione che I moduli cristallini

Il Modulo: selezione

• Criteri pratici– Dimensione– Voltaggio– Disponibilità– Garanzia– Caratteristiche di montaggio– Costo (per watt)

Curva tensione-corrente (I-V)

Effetti della temperatura

• Quando la temperature della cella cresce sopra25°C, la tensione di potenza massima Vmpdecresceapprossimativamentedello 0.5% per gradoCelsius

Effetto di ombreggiature/ basso soleggiamento

• Al decrescere del soleggiamento, decrescel’amperaggioerogabile mentreil voltaggio restapressochècostante

Ombreggiatura dei moduli

• Dipende dall’orientazione del circuito interno del modulo rispetto all'orientamento dell'ombreggiatura.

• L’ombreggiamento (SHADING) può dimezzare o addirittura eliminare completamente l'output di un impianto solare!

Connessione in serie

• Carichi /sorgenti connesse in serie

– Il voltaggio di ciascun modulo è additivo;

– La corrente è la stessa

• Carichi/ sorgenti connessi inparallelo:

– La tensione prodotta rimane la stessa;– La corrente in uscita è la somma di quelle generate

Collegamento in parallelo

Indicazioni per l’impianto

• Valutare l’azimuth e l’altitudine del sole;• Descrivere l'orientamento corretto e l'angolo di inclinazione

per la «raccolta» solare• Indicare la "finestra solare"• Valutare considerazioni strutturali• Pro e contro delle diverse tecniche di montaggio

Altitudine e Azimuth del sole

Sun Chart per Latitudine 40°N

Solar Pathfinder• Uno strumento essenziale per trovare un buon sito

per l'energia solare è il Solar Pathfinder• Fornisce stime di ore solari giornaliere, mensili e

annuali

https://www.youtube.com/watch?v=DJc4pGwZh-c

Selezione del sito – Angolo di inclinazione

Year round tilt = latitudeWinter + 15 lat.Summer – 15 lat.

Il valore della prestazionemassima si ottine equando il pannello èperpendicolare alladirezione dei raggi delsole

d = b + c

c = a / tg (90° - latitudine - 23,5°)b = h x cos(β)

La distanza tra leschiere

Accesso al sole

• Optimum per la “finestra solare” 9 am – 3 pm

• Durante tale period NON deve esserci ombreggiamento sui moduili (e comunque tale condizione deve permanere il più a lungo possibile)

Caratteristiche del tempo• Intensità del vento• Nevicate stimate

Caratteristiche del sito• Acqua salata corrosiva• Interferenza animale

Fattori umani• Vandalismo• Antifurto• Estetica

Altre caratteristiche generali

Altro• Carichi e tempo di utilizzo• Distanza dall'impianto di

condizionamento• Accessibilità per la manutenzione• Codici di suddivisione in zone

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

Opzioni per l’installazione

• Fissi– Tetto, terreno, pali

• Integrati• A inseguimento (Tracking)

Considerazioni sui sistemi a inseguimento

• possono aumentare le prestazioni del sistema di: – 15% nei mesi invernali– 30% nei mesi estivi

• Sono richiesti costi addizionali

Passivo Vs. Attivo

Sistemi Attivi:– I motori degli attuatori

lineari controllati dai sensori seguono il sole per tutto il giorno

Passivo Vs Attivo

Sistema Passivo:– Non hanno motori,

comandi o ingranaggi– Utilizzano il peso

variabile di un refrigerante gassoso all'interno di un elemento del telaio sigillato per tracciare il sole

Montaggio sul tetto• Semplice ed economico

da installare• Nessuna flessibilità

nell’orientazione deipannelli

• Possono essere installatesolo unità di pochi kW

• Non è molto invasivo verso la struttura del tetto

• Resistenza alle intemperie • Può richiedere l'aiuto di un installatore

specializzato

• Consente un restauro della struttura prima del montaggio dei moduli

• E’ necessario uno spazio d’aria di 10-15 cm tra tetto e moduli

Montaggio sul tetto

PV integrati all’edificio

MODALITA’ DI INTEGRAZIONE dei sistemi PV negli edifici:Esempi di applicazioni realizzative

Integrazione in facciata verticale continua/ facciata ventilata

Integrazione in facciata verticale non continua

Scuola secondaria Rembrandt (Olanda)

Edificio civile abitazione (Germania)

MODALITA’ DI INTEGRAZIONE dei sistemi PV negli edifici:Esempi di applicazioni realizzative

Integrazione su facciata inclinata: copertura/falde vetrate/pensiline

Centre of Nature

Fundació Territori i Paisatge. Caixa de Catalunya – Lleida (E)

Thermal panels: KLNPhotovoltaic: AtersaBiomass boiler: SolerHydroelectric turbine: Saltosdel Pirineo

Sanitas-BUPA HeadquartersMadrid (E)PV Solar

www. new-learn.info/packages/euleb/en/home/index.html

Il Centro scolastico di Brunico in Alto Adige è stato scelto qualeprogetto pilota per la realizzazione di un impianto per l'utilizzo dienergia solare attiva e passiva a copertura parziale del fabbisognotermico dell'edificio.

MODALITA’ DI INTEGRAZIONE dei sistemi PV negli edifici:

Esempi di applicazioni realizzative

Integrazione nei dispositivi di controllo solari: schermature solari e lamelle di grandi dimensioni

Uffici: Faenza

Sistemi di controllo

• Protezione delle batterie da sovraccarico

Funzione:

Monitoraggio del punto di massima potenza

Tiene traccia del picco di potenza del sistema (può migliorare la produzione di energia del 20%) !!

caratteristiche:

• Controllo del voltaggio: compensa le diverse tensionitra moduli e batterie (ad esempio sistemi PV a 48 Vricaricano batterie da 12 V)

• Compensazione della temperatura: regola la ricaricadelle batterie in base alla temperatura ambiente

Altre considerazioni sui Controller• Quando si specifica un controller, è necessario considerare:

- Ingresso DC e tensione di uscita- Ingresso e corrente di uscita- Eventuali funzionalità opzionali di cui hai bisogno

• Ridondanza del controllore: su un sistema stand alone potrebbe essere desiderabile avere più di un controller per sistema in caso di guasto

Inverter

• Strumento elettronico usato per convertire la corrente continua (DC) in alternata (AC)

Funzione:

Penalizzazione per l’efficienza Complessità (il componente necessita di manutenzione) Costo

inconvenienti:

Specifiche di un inverter

• Che tipo di sistema stai progettando?Indipendente, autonomo (stand alone)Stand-alone con sorgente di back-up (generatore)Grid-Tied (senza batterie)Grid-Tied (con batteria di riserva)

• Specifiche:– Uscita AC (watt)– Tensione d'ingresso (basata su moduli e cablaggio)– Tensione di uscita (120 V / 220 V residenziale)– Corrente d'ingresso (basata su moduli e cablaggio)– Capacità di carica (Surge Capacity)– Efficienza– Protezione atmosferica– Sistema di misura e programmazione

Valutazioni di massima

Posizioni da evitare

Per l’Italia:• orientazione: SUD• inclinazione: 30°• nessun ombreggiamento• superficie necessaria: circa 8 – 10m2 x kWp

Nord: 1.100 kWh

Centro: 1.300 kWh

Sud: 1.500 kWh

Produzione media annua in Italia x 1kWp

Materiale Rendimentomodulo

Superficienecessaria per 1 kWp

Vantaggi Svantaggi

Monocristallino 13-17 % 7-9 m2 Rendimentoelevato e stabile

Maggiore energia per la fabbricazione

Policristallino 10-14% 8-9 m2 Costo ridotto, fabbricazionesemplice, ingombroottimale

Sensibilità alleimpurità nellafabbricazione

Film sottile(CdTe)

8-12% 9-10 m2 Basso costo Poco stabile, tossicità, disponibilità deimateriali

Film sottile(CIS)

8-12 % 9-10 m2 Molto stabile Tossicità

Amorfo 4-7 % 16-20 m2 Costo ridotto,ridotta influenza dellatemperature, resa energeticaelevate con radiazionediffusa

Elevataoccupazione di spazio, costostruttura e tempo di montaggio

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 può essere posta pari a 85%.Dividendo il fabbisogno di corrente continua per la tensionenominale del sistema PV vengono determinati gli Ah

ESEMPIO:Un computer alimentato in AC (device C) e una 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.La richiesta di energia di tali apparecchi espressa in DC Ah èdefinita come segue :Device C: 40W×2h = 80Wh Device D: 60W×3h = 180Wh Totale: 80Wh+180Wh = 260Wh DC richiesta: 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 comprese le perdite(20%) possono essere definite come segue:

(12.5Ah + 25.5Ah) × 1.2 = 45.6Ah

3. Determinare 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 la modalità d'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.

1 sole equivalente significa un’irradiazione pari a 1000 W/m2.Questo valore corrisponde allo standard al quale la prestazionedelle 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 annuale 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 requisito di corrente del sistema solarePV

La corrente che deve essere generata dall‘intero impianto solarePV è determinata dividendo il fabbisogno totale di energia in DCdell'impianto fotovoltaico inclusi i carichi e le perdite di sistema(calcolate nel passaggio 2 ed espresse in Ah) dalle ore solariequivalenti giornaliere (calcolato nel precedente step 3).

ESEMPIO:I requisiti totali di corrente DC (carichi e perdite) sono pari a45.6Ah.Il valore giornaliero di EHS per il Nord Italia è 3 ore.Il requisito di corrente generata dal sistema solare PV sarà pari a45.6Ah/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

CostiSistema PV

2700 Euro 2 kWp

2500 Euro 5 kWp

2000 Euro 10 kWp

Alcuni dati sui consumi elettrici…

Attualmente in Italia ci sono circa 8 milioni di alunni, considerandodalla scuola dell’infanzia al diploma di maturità.Nel complesso il patrimonio dell’edilizia scolastica conta circa 45mila edifici, con un consumo elettrico complessivo stimato in 1,46TWh.

Il consumo medio di energia elettrica associato a ciascuno studente èpari a 180 kWh/anno.

La principale fonte di consumo è rappresentata dall’illuminazione(49,9 per cento della domanda complessiva di energia elettrica).

Trascurabile il peso specifico della climatizzazione e delraffrescamento, limitato a poche scuole e presumibilmente solo adalcuni ambienti (7,5 % della domanda di kWh), e delle macchineper ufficio (6,9 %).

Fonte: Report La scuola in bolletta - 2015

Per soddisfare la domanda del sistema formativo italiano – ossia dei 45 mila edifici scolastici – occorrerebbe:

- un enorme pannello fotovoltaico delle dimensioni pari a quelle di 1.700 stadi di calcio stile San Siro (limitatamente al terreno di gioco) in grado di funzionare a pieno ritmo per un anno nelle condizioni tipo italiane;

- oppure, una wind farm composta da 450 aerogeneratori alti 140 metri ciascuno in grado di funzionare a pieno ritmo per un anno nelle condizioni tipo di ventosità italiane;

- oltre 100 mila camion con rimorchio pieni di cippato. In pratica, in media, due-tre camion l’anno per singolo istituto scolastico.

Fonte: Report La scuola in bolletta - 2015

E’ possibile proporre dei valori di riferimento per il consumo dienergia elettrica

Nord Italia: 15 kWh/m2

UK: 30 kWh/m2

La differenza è senza dubbio dovuta alle differenze climatiche dei duepaesi che sono in grado di influenzare fortemente l’andamento deiconsumi, e anche ad un differente profilo di utilizzo delle scuoleanglosassoni.

ENEA ha introdotto l’ indicatore energetico normalizzato IENe .

L’ indicatore energetico normalizzato per l’elettricità è definito come:

IENe = Eanno [kWhanno] · Fh / superficie

Fh = fattore di normalizzazione (in funzione dell’occupazione)

Il valore ottenuto potrà poi essere confrontato con quelli relativi alcampione nazionale delle scuole italiane per una valutazione deiconsumi.

tipo di scuola buono sufficiente non sufficiente

materne < 11,0 da 11,0 a 16,5 > 16,5

elementari-sec.I°e sec.II° < 9,0 da 9,0 a 12,0 > 12

ist.tecn.ind. e ist.prof.ind. < 12,5 da 12,5 a 15,5 > 15,5

Classi di merito IENe [kWh/anno]

h (giorno) Fh

fino a 6 1,2

da 6 a 7 1,1

da 8 a 9 1,0

da 10 a 11 0,9

oltre 11 0,8

Fattore di normalizzazione Fh

Consumi elettriciCotonificio: 1 000 000 kWh/ anno

Terese 350 000 kWh/anno

E allo IUAV?

Scuola Palladio

La proposta di un impianto da 20 kWpicco consentirebbe di ottenere circa 22 000 kWh/ anno (pari a circa il 7,5% delleesigenze)

Alcune possibilità per I PV nelle scuole di Treviso:

Istituto Da Collo: 50,4 kWpIPSIA Giorgi: 40,8 kWpIPSIA Galilei: 41,1 kWpIPSC Rossetti: 24,3 kWpLiceo Giorgione: 22,2 kWpITG Palladio: 57,3 kWp

Modulo Sharp NDAF 330C (Potenza 330 Wp)Efficienza 17%Dimensioni: 1960 x 992 x 40 mm

Alcuni tools per il calcolo dettagliato

https://www.nrcan.gc.ca/energy/pv-perform-mod/19228PV Perform Mod is a software tool that automaticallyanalyzes data from a PV system in order to detect faults andevaluate system performance.

https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html

http://www.sunnydesignweb.com/sdweb/#/Home