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Energie alternative

PREMESSA

Siamo arrivati ad un bivio è necessario prendere una decisione ,scegliere vecchie energie tradizionali (con consumo di petrolio in testa) o nuove energie o cosiddette fonti rinnovabili. Ad oggi sta aumentando, da parte di numerosi ricercatori la preoccupazione per il futuro energetico dell'umanità. Secondo modelli ritenuti generalmente validi come ad esempio il modello di Hubbert, sembra che il petrolio sia in fase di esaurimento (molti pensano che si stia superando il picco di Hubbert). Se ciò si rivelasse vero, provocherebbe delle ripercussioni enormi (alcuni parlano di ripercussioni catastrofiche) sull'economia, lo sviluppo e il sostentamento dell'umanità nei prossimi decenni (in particolare del mondo industrializzato, che maggiormente utilizza queste fonti), in quanto estremamente dipendenti dal petrolio. Una via indicata da molti per non incappare in questi eventi, è l'emancipazione dall'utilizzo del petrolio come fonte energetica, investendo risorse, ricerca e fondi nello sviluppo di fonti alternative di energia, che attualmente ricoprono una percentuale pari a circa il 20% della produzione energetica mondiale. Uno dei principali vantaggio delle energie o fonti rinnovabili è il non inquinamento. Inoltre sono. praticamente inesauribili. QUALI SONO LE FORNTI RINNOVABILI

Per fonti rinnovabili possiamo intendere in generale: sole, vento, risorse idriche, risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso, materiali e rifiuti organici o inorganici. Da queste risorse dunque possiamo trarre dei vantaggi considerevoli se solo sapremmo sfruttarli adeguatamente. Tutte queste fonti rinnovabili possono sicuramente farci ottenere molti vantaggi sia per noi che per le generazioni future. Con l' andare del tempo inoltre i costi per la realizzazione dei vari impianti scenderanno notevolmente consentendo a chiunque di realizzare il proprio impianto senza costi eccessivi.

Il fotovoltaico: tecnologie, sistemi e mercato

3Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Argomenti

• Le Tecnologie delle celle fotovoltaicheLe Tecnologie delle celle fotovoltaiche– il silicio cristallinoil silicio cristallino

– il film sottileil film sottile

• I sistemi fotovoltaiciI sistemi fotovoltaici– i sistemi isolatii sistemi isolati

– i sistemi connessi in retei sistemi connessi in rete

• Il mercato e gli incentiviIl mercato e gli incentivi

4Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Le Tecnologie delleLe Tecnologie delle celle fotovoltaiche celle fotovoltaiche

IL SILICIO CRISTALLINOIL SILICIO CRISTALLINO Discreti valori dell’ efficienza (15 - 24 %)Discreti valori dell’ efficienza (15 - 24 %)

Tecnologia affidabile (vita >30 anniTecnologia affidabile (vita >30 anni

Costi elevatiCosti elevati

alto contenuto energeticoalto contenuto energetico

processo di fabbricazione complessoprocesso di fabbricazione complesso

Limitata disponibilità di feedstockLimitata disponibilità di feedstock

necessità di una produzione specifica per il necessità di una produzione specifica per il

fotovoltaicofotovoltaico

La tecnologia del silicio cristallinoLa tecnologia del silicio cristallino

Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

6Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

La tecnologia del silicio cristallinoLa tecnologia del silicio cristallino

C.RC.R Casaccia Casaccia -- RomaRoma

CELLA AL SILICIO MONOCRISTALLINO

~ 1

5 c

CELLA AL SILICIO POLICRISTALLINO

~ 1

5 c

CONTATTO POSTERIORE

ZONA DI SVUOTAMENTO

REGIONE N

REGIONE P

ANTIRIFLESSO

CONTATTO ANTERIORE(GRIGLIA)

CARICO

RADIAZIONE SOLARE

+_+_

C.RC.R Casaccia Casaccia -- RomaRoma

CELLA AL SILICIO MONOCRISTALLINO

~ 1

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CELLA AL SILICIO POLICRISTALLINO

~ 1

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CONTATTO POSTERIORE

ZONA DI SVUOTAMENTO

REGIONE N

REGIONE P

ANTIRIFLESSO

CONTATTO ANTERIORE(GRIGLIA)

CARICO

RADIAZIONE SOLARE

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CELLA AL SILICIO MONOCRISTALLINO

~ 1

5 c

CELLA AL SILICIO POLICRISTALLINO

~ 1

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CONTATTO POSTERIORE

ZONA DI SVUOTAMENTO

REGIONE N

REGIONE P

ANTIRIFLESSO

CONTATTO ANTERIORE(GRIGLIA)

CARICO

RADIAZIONE SOLARE

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Dalla cella al silicio cristallinoDalla cella al silicio cristallinoal modulo fotovoltaicoal modulo fotovoltaico

Le celle fotovoltaiche forniscono valori di tensione e corrente insufficienti per alimentare gli apparecchi utilizzatori e sono estremamente fragili e prive di supporto meccanico;

Esse vengono, quindi, assemblate in modo opportunoa costituire un’unica struttura robusta in grado di garantire molti anni di funzionamento anche in condizioni ambientali difficili. Tale struttura è il modulo fotovoltaico;

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Struttura di un modulo fotovoltaico Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si)(c-Si)vetro

EVAcelle

EVATedlar

Il processo di assemblaggio delle celle in moduli consiste nelle preparazione di un “sandwich” composto da:

• Una lastra di vetro ad alta trasmittanza (90%);

• Un foglio sigillante in EVA (acetato viniletilenico);

• Le Celle fotovoltaiche già collegate elettricamente;

• Un altro foglio di EVA;

• Una protezione posteriore (generalmente Tedlar).

Al sandwich, dopo averlo opportunamente trattato”, viene aggiunta una cornice metallica.

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VETRO TEMPERATO

CELLA

TEDLAR / VETRO

EVA

SILICONE SIGILLANTE

CORNICE IN ALLUMINIO

SEZIONE DI UN MODULO

EVAcelle

EVA

Vetro

Vetro/tedlar

Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si)Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si)

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Moduli fotovoltaici al silicio cristallinoModuli fotovoltaici al silicio cristallino

MODULO AL SILICIO MONOCRISTALLINO

MODULO AL SILICIO POLICRISTALLINO

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FILM SOTTILI

(a-Si, Cd-Te, CIS)Pro:

Consumo di materiale limitato (spessore 0,001 mm) 0,02 g/W (c-Si: 4

g/W)

Moduli leggeri e flessibili

Fabbricazione del modulo con

un unico processo

basso costo di produzione

Contro: bassa efficienza moduli (7 % a-Si, 11 % Cd-Te…)

Degrado (a-Si)

La tecnologia dei film sottiliLa tecnologia dei film sottili

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Modulo su lamiera normale

Modulo su lamiera coibentata

Modulo su supporto flessibile

Moduli in film sottile (a-Si)Moduli in film sottile (a-Si)

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I Sistemi fotovoltaiciI Sistemi fotovoltaici

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Sistemi in grado di captare e trasformare l’energia solare in energia elettrica

Caratteristiche generali: Uso di una fonte inesauribile;

Completa modularità;

Elevata affidabilità;

Funzionamento automatico

Si dividono in impianti: Collegati alla Rete;

Isolati dalla Rete.

I sistemi fotovoltaici

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Dalla cella al generatore fotovoltaicoDalla cella al generatore fotovoltaico

CELLA MODULO

PANNELLO STRINGA

GENERATORE FOTOVOLTAICO

PPiù moduli assemblati in una struttura comune

Insieme di pannelli collegati in serie per ottenere la tensione del generatore

Insieme di stringhe collegate in parallelo per ottenere la potenza voluta

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CONTATORI

UTENZE

RETE

controllo

isolament

ponte

DC/A

INVERTERGENERATORE FOTOVOLTAICO

Schema sistema FV connesso in Rete

Correntecontinua

Correntealternata

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I sistemi isolati

• Sono utilizzati in mancanza della Rete elettrica, lì doveSono utilizzati in mancanza della Rete elettrica, lì dove• esistono siti di difficile accessoesistono siti di difficile accesso

• è richiesto un basso impatto ambientaleè richiesto un basso impatto ambientale

• è richiesta una:è richiesta una:

alta affidabilitàalta affidabilità

semplicità di gestione dell’impiantosemplicità di gestione dell’impianto

trasportabilitàtrasportabilità

riduzione consumi carburanteriduzione consumi carburante

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GENERATOR

DC/DC

CONVERTITORE

DC/AC

INVERTER

FOTOVOLTAICO

GENERATORE

BATTERIA

GENERATORE AUSILIARIO

CARICO

Schema di un sistema FV isolatoCorrentecontinua

Correntealternata

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ALIMENTAZIONE SISTEMA DI TELECOMUNICAZIONI

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20Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

21Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

22Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

23Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

24Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

25Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

Impianto ad inseguimento. Serre (SA)

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SISTEMI FOTOVOLTAICI AD SISTEMI FOTOVOLTAICI AD INSEGUIMENTOINSEGUIMENTO

Inseguimento su asse inclinato (N-S)

Inseguimento su due assi

Inseguimento su asse orizzontale (N-S o E-W)

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SISTEMA AD INSEGUIMENTO A DUE SISTEMA AD INSEGUIMENTO A DUE ASSIASSI

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CONFRONTO TRA I SISTEMI FISSI E AD CONFRONTO TRA I SISTEMI FISSI E AD INSEGUIMENTO (*)INSEGUIMENTO (*)

Tipologia Produzione attesa

(kWh/kWp)

Produzione rispetto

impianto fisso

Occupazione del terreno(ha/MW)

Fisso ad esposizione ottimale

1360 100 % 2,2

Biassale 1870 137 % 4,5

Monoassiale orizzontale( asse N-S)

1700 125 % 3

Monoassiale inclinato (asse N-S)

1820 134 % 4,5

(*) simulazione svolta per una località del sud-Italia

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Il MercatoIl Mercato

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UN ARTICOLO DEL NEW YORK TIMES SU UNO STUDIO AMERICANO

Il solare costa meno del nucleareIl sorpasso al prezzo di 0,16 dollari a chilowattora. L'energia atomica costerà sempre di più

NEW YORK Oggi negli Stati Uniti la produzione di energia solare costa meno di quella nucleare. Lo afferma un articolo pubblicato il 26 luglio sul New York Times, che riprende uno studio di John Blackburn, docente di economia della Duke University. Se si confrontano i prezzi attuali del fotovoltaico con quelli delle future centrali previste nel Nord Carolina, il vantaggio del solare è evidente, afferma Blackburn. «Il solare fotovoltaico ha raggiunto le altre alternative a basso costo rispetto al nucleare», spiega Blackburn, nel suo articolo Solar and Nuclear Costs - The Historic Crossover, pubblicato sul sito dell’ateneo. «Il sorpasso è avvenuto da quando il solare costa meno di 16 centesimi di dollaro a kilowattora» (12,3 centesimi di euro/kWh). Senza contare che il nucleare necessita di pesanti investimenti pubblici e il trasferimento del rischio finanziario sulle spalle dei consumatori di energia e dei cittadini che pagano le tasse.

32Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

COSTI FOTOVOLTAICO IN DISCESA Secondo lo studio di Blackburn negli ultimi otto anni il costo del fotovoltaico è sempre diminuito, mentre quello di un singolo reattore nucleare è passato da 3 miliardi di dollari nel 2002 a dieci nel 2010. In un precedente studio Blackburn aveva dimostrato che se solare e eolico lavorano in tandem possono tranquillamente far fronte alle esigenze energetiche di uno Stato come il Nord Carolina senza le interruzioni di erogazione dovute all’instabilità di queste fonti.

COSTI NUCLEARE IN CRESCITA - I costi dell'energia fotovoltaica, alle luce degli attuali investimenti e dei progressi della tecnologia, si ridurrà ulteriormente nei prossimi dieci anni. Mentre, al contrario, i nuovi problemi e l'aumento dei costi dei progetti hanno già portato alla cancellazione o al ritardo nei tempi di consegna del 90% delle centrali nucleari

pianificate negli Stati Uniti, spiega Mark Cooper, analista economico dell'Istituto di energia e ambiente della facoltà di legge dell'Università del Vermont. I costi di produzione di una centrale nucleare sono regolarmente aumentati negli ultimi anni e le stime sono costantemente in crescita.

Conto capitale (passato)Finanzia una quota parte del costo dell’impianto es. 70%

Conto energia (attuale)Remunera l’energia prodotta dall’impianto, che però viene pagato per intero dal

richiedente

Gli incentivi nazionali

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Tariffe Incentivanti (€/kWh)(*)

Taglia impianto (kW)

Non integrati

Parzialmente integrati

Integrati

1 < P ≤ 3 0,392 0,431 0,480

3 < P ≤ 20 0,372 0,412 0,451

P > 20 0,353 0,392 0,431

Il Conto Energia

(*) per maggiori informazioni: www.gse.it(*) per maggiori informazioni: www.gse.it

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Autoproduttori di energia elettricaAutoproduttori di energia elettrica

L’autoproduttore, secondo il D.Lgs 79/16 marzo 1999 art. 2 comma L’autoproduttore, secondo il D.Lgs 79/16 marzo 1999 art. 2 comma 2, è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la 2, è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la utilizza in misura non inferiore al 70% annuo per uso proprio utilizza in misura non inferiore al 70% annuo per uso proprio ovvero per uso delle società controllate, nonché per uso dei soci ovvero per uso delle società controllate, nonché per uso dei soci delle società cooperative di produzione e distribuzione dell’energia.delle società cooperative di produzione e distribuzione dell’energia.

In termini generali, per stabilire se al soggetto responsabile spetta In termini generali, per stabilire se al soggetto responsabile spetta per un certo anno la qualifica di autoproduttore si confronta per un certo anno la qualifica di autoproduttore si confronta l’energia prodotta dall’impianto con quella autoconsumata nello l’energia prodotta dall’impianto con quella autoconsumata nello stesso periodo temporale.stesso periodo temporale.

A titolo esemplificativo e nel caso più semplice in cui produzione e A titolo esemplificativo e nel caso più semplice in cui produzione e consumo avvengono nello stesso sito, l’energia autoconsumata è consumo avvengono nello stesso sito, l’energia autoconsumata è determinata come differenza tra l’energia prodotta e l’energia determinata come differenza tra l’energia prodotta e l’energia immessa in rete; il GSE verifica in tal caso che il rapporto tra immessa in rete; il GSE verifica in tal caso che il rapporto tra l’energia autoconsumata e l’energia prodotta non sia inferiore a 0,7. l’energia autoconsumata e l’energia prodotta non sia inferiore a 0,7. Il titolo di autoproduttore non si applica a chi usufruisce del Il titolo di autoproduttore non si applica a chi usufruisce del servizio di scambio sul posto.servizio di scambio sul posto.

Il risparmio energetico negli edificiIl risparmio energetico negli edifici

Il settore residenziale assorbe un sesto del fabbisogno energetico nazionale. L’80% di tali consumi è Il settore residenziale assorbe un sesto del fabbisogno energetico nazionale. L’80% di tali consumi è riconducibile al riscaldamento domestico, mentre la restante quota è dovuta, nell’ordine, alla riconducibile al riscaldamento domestico, mentre la restante quota è dovuta, nell’ordine, alla preparazione dell’acqua calda sanitaria, ai consumi degli elettrodomestici e all’illuminazione.preparazione dell’acqua calda sanitaria, ai consumi degli elettrodomestici e all’illuminazione.

Diminuire i consumi dei settori terziario e residenziale, oltre a contribuire al raggiungimento degli Diminuire i consumi dei settori terziario e residenziale, oltre a contribuire al raggiungimento degli obiettivi nazionale di riduzione delle emissioni inquinanti, climalteranti, e di sicurezza obiettivi nazionale di riduzione delle emissioni inquinanti, climalteranti, e di sicurezza dell’approvvigionamento energetico, comporta vantaggi per le famiglie in termini di diminuzione dell’approvvigionamento energetico, comporta vantaggi per le famiglie in termini di diminuzione della bolletta energetica e di miglioramento del comfort abitativo.della bolletta energetica e di miglioramento del comfort abitativo.

Gli interventi che hanno la possibilità di incidere in maniera sostanziale sulla diminuzione dei Gli interventi che hanno la possibilità di incidere in maniera sostanziale sulla diminuzione dei consumi del settore domestico misurati dagli indici di prestazione energetica sono quelli strutturali e consumi del settore domestico misurati dagli indici di prestazione energetica sono quelli strutturali e di svariata natura, per esempio: di svariata natura, per esempio:

isolamento di pareti esterne, coperture, solai, serramenti, cassonetti, superfici vetrate;isolamento di pareti esterne, coperture, solai, serramenti, cassonetti, superfici vetrate; sostituzione delle caldaie o della rete di distribuzione del calore con sistemi a più alta efficienza, sostituzione delle caldaie o della rete di distribuzione del calore con sistemi a più alta efficienza,

montaggio di sistemi di regolazione della temperatura interna;montaggio di sistemi di regolazione della temperatura interna; installazione di sistemi solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria, etc..installazione di sistemi solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria, etc.. Tutti questi interventi, potendo ridurre l’indice di prestazione energetica degli edifici, sono Tutti questi interventi, potendo ridurre l’indice di prestazione energetica degli edifici, sono

potenzialmente idonei a maturare i requisiti necessari per accedere al premio sulle tariffe incentivanti potenzialmente idonei a maturare i requisiti necessari per accedere al premio sulle tariffe incentivanti spettanti agli impianti fotovoltaici. In particolare, spettanti agli impianti fotovoltaici. In particolare, nell’attestato di certificazione (qualificazione) nell’attestato di certificazione (qualificazione) energeticaenergetica dell’edificio o unità immobiliare, saranno indicati quali interventi sono raccomandati per dell’edificio o unità immobiliare, saranno indicati quali interventi sono raccomandati per conseguire una sensibile riduzione del fabbisogno energetico.conseguire una sensibile riduzione del fabbisogno energetico.

la legge finanziaria 2007 (L. 296/2006) ha introdotto delle forme di agevolazione degli interventi di la legge finanziaria 2007 (L. 296/2006) ha introdotto delle forme di agevolazione degli interventi di efficientamento del settore residenziale (peraltro cumulabili con le tariffe del conto energia) che li efficientamento del settore residenziale (peraltro cumulabili con le tariffe del conto energia) che li rendono ulteriormente convenienti. In particolare è prevista una detrazione fiscale del 55% delle rendono ulteriormente convenienti. In particolare è prevista una detrazione fiscale del 55% delle spese sostenute per la riduzione delle dispersioni termiche degli edifici, l’installazione di pannelli spese sostenute per la riduzione delle dispersioni termiche degli edifici, l’installazione di pannelli solari per la produzione di acqua calda, l’installazione di caldaie a condensazione e gli interventi solari per la produzione di acqua calda, l’installazione di caldaie a condensazione e gli interventi realizzati a ottenere un’alta efficienza energetica nei nuovi edifici.realizzati a ottenere un’alta efficienza energetica nei nuovi edifici.