presentation of photovoltaic energy for a energy auditor training course

1. 20081016
Sommario
LA FONTE SOLARE
Energia fotovoltaica ASPETTI TECNOLOGICI
ESEMPI DI REALIZZAZIONI
PRESTAZIONI DEGLI IMPIANTI
DETTAGLIO COMPONENTI
Giovedì 16 ottobre 2008 MERCATO
APPLICAZIONI
PANORAMA NORMATIVO
ANALISI ECONOMICA
ECONOMIA E ARCHITETTURA
Franco Pecchio FV ED EFFICIENZA ENERGETICA
2
20081016
20081016
La fonte solare La fonte solare
La radiazione solare che
raggiunge la superficie
terrestre si distingue in
diretta, diffusa e riflessa (o
di albedo).
Parte della radiazione
La potenza specifica
che arriva sulla Terra
massima totale all’esterno viene filtrata dalla
dell’atmosfera corrisponde nostra atmosfera ...
a circa 1500 W/mq
3 4
1

2. 20081016
20081016
La fonte solare La fonte solare
Nell’emisfero Nord il modulo
deve essere posizionato
verso Sud. L’inclinazione è
piuttosto importante:
deviazioni di qualche decina
di gradi rispetto
all’inclinazione ottimale
causano sensibili variazioni
dell’energia raccolta
nell’arco dell’anno
… inoltre, di tutto lo spettro solare che
raggiunge il livello del suolo, solo una parte
risulta utile per la conversione fotovoltaica 5 6
20081016
20081016
La fonte solare La fonte solare
Esempio di variazioni Esistono atlanti solari che
della radiazione raccolgono i dati di
captata nell’anno radiazione su diversi
solare per differenti piani (orizzontale,
angoli di inclinazione inclinato 10° 30° ecc.) di
,
della superficie fondamentale importanza
esposta per la fattibilità e la
progettazione degli
impianti
7 8
2

3. 20081016
20081016
Effetto fotovoltaico Effetto fotovoltaico
Funzionamento della cella fotovoltaica: E’ un fenomeno fisico-chimico
conversione diretta della luce in energia in cui l’effetto provocato da un
elettrica. fascio luminoso su un
elemento semiconduttore
consente di generare un
campo elettrico e quindi un
flusso elettronico che, in caso
di connessione della cella con
conduttori all’interno di un
circuito chiuso, si traduce in
corrente elettrica
9 10
20081016
20081016
Effetto fotovoltaico Effetto fotovoltaico
Si parla di MWp Diversi tipi di
P = picco
Picco di produzione
celle per
per la potenza della congiunzion
cella con massima e e loro
radiazione solare
incidente = massima efficienza di
capacità produttiva conversione
La potenza massima elettrica
erogabile in condizioni
di illuminazione e
temperatura
specificate viene
misurata in Watt di
picco (Wp)
11 12
3

4. 20081016
20081016
Effetto fotovoltaico Effetto fotovoltaico
Curva di apprendimento tecnologico
Il valore della ricerca nei sistemi fotovoltaici Tecnologia nota per un trentennio con miglioramenti continui di 4 scale di
grandezza nonostante non fosse incentivata...
13 14
20081016
20081016
Moduli e generatore
fotovoltaico Array
Il generatore fotovoltaico è …quindi, un generatore
l’insieme dei moduli fotovoltaico è composto da
fotovoltaici. n stringhe in parallelo fra
I moduli fotovoltaici sono loro.
collegati elettricamente fra loro
a gruppi: ogni gruppo è
Esempio:
chiamato STRINGA ed è stringa da 12 moduli = 216
compostoda n moduli in serie Vn, 5A
per raggiungere la tensione stringa da 20 moduli = 330
voluta. Vn, 5A
Ogni stringa ha quindi corrente
pari a quella del singolo
n° 2 stringhe da 8 mod =
modulo che la compone ma 216 Vn, 10 A
tensione pari a n volte quella n° 2 stringhe da 20 mod =
del singolo modulo... 330 Vn, 10A
15 16
4

5. 20081016
20081016
Dispositivi di conversione Dispositivi di conversione
rigido
Monocristallino
CIS 90% mkt share
(rame, indio semitrasp
e selenio) arente
Amorfo
10% mkt
share
17 flessibile 18
20081016
20081016
Come è fatto un tetto
Peculiarità del fotovoltaico fotovoltaico
PREGI DIFETTI
indipendente dal sito bassa efficienza
nessun consumo di costo elevato
combustibile
nessuna emissione evoluzione tecnologica lenta
inquinante (laboratorioproduzione:
nessun emissione acustica 15 anni)
totale modularità (da 1W ai
megawatt)
ingegneristicamente
semplice
vita utile e garantita di più di
20 anni
ideale per l’ambiente urbano
19 20
5

6. 20081016
20081016
Impianto isolato dalla rete Grandi Impianti
• Regolatore
di carica
• Batterie Centrale
ENEL di
Serre (SA)
Potenza
installata 3,3
MWp
21 22
20081016
20081016
Grandi impianti Impianti innovativi
Solar Integrated Technologies advertises as a leading Facciata tecnologica
provider of building integrated photovoltaic (BIPV) digitale per il quot;Xicui
roofing Entertainment
systems, Complexquot; a Beijing
such as the
329kW
installation of
PV solar
roofing for
Coca-Cola in
Los Angeles.
23 24
6

7. 20081016
20081016
Retrofit in edilizia Tamponamenti in edilizia
25 26
20081016
20081016
Facciate integrate Frangisole e ombreggiamenti
27 28
7

8. 20081016
20081016
Arredo urbano Arredo urbano - illuminazione
29 30
20081016
20081016
Esempi di applicazioni rurali
Arredo urbano - segnaletica
PV Water Pumping
Solar Home (Tanzania)
System
(China)
Solar Home
System
(Honduras)
31 32
8

9. 20081016
20081016
Esempi di applicazioni connesse
alla rete Schema funzionale
Sanyo
Building with PV
Façade (Japan)
BP Service
Station (Spain)
House with
PV Integrated
Roof (Japan)
33 34
20081016
20081016
MODULI E GENERATORE Schema di connessione
modello: SF 115 (36 celle)
tipo: monocristallino con o senza cornice
certificazioni: certificato IEC 61215, classe II
terminazione: cassetta IP 65, diodi di by-pass incorporati e
spezzoni di cavo preintestati
Scheda caratteristica
modulo: Pn = 115 W
Vm = 18 VVoc = 21,7 V
Im = 4,5 A Isc = 5,5 A
composizione: n° 2 stringhe da 12 moduli
prestazioni: Pn = 2,7 kWp
Vm = 216 V
Im = 4,5 A
Isc = 5,5 A
Voc = 260 V
35 36
9

10. 20081016
20081016
Strutture di sostegno Telaio e sottostruttura
Realizzate, in genere, con profili Progettazione non
metallici commerciali, hanno la
standardizzata da
funzione di sorreggere il piano dei
moduli secondo una inclinazione effetture secondo la
rispetto all’orizzontale adeguata, a tipologia di sostegno
meno che l’inclinazione non risulti finale
in qualche modo obbligata (es.
Falde del tetto).
La struttura può essere a terra, a
tetto, a palo o su facciata a
seconda del posizionamento del
generatore fotovoltaico
37 38
20081016
20081016
Agganco dei moduli ai telai Inverter
Gli inverter (convertitori statici cc/ca) sono apparecchiature
elettroniche in grado di:
- convertire la corrente continua in corrente alternata
- generare una tensione di rete o sincronizzarsi all’esistente
- scollegarsi automaticamente dalla rete in caso di guasti
- scambiare dati con il sistema di monitoraggio dei guasti
Consentono quindi:
- negli impianti isolati, di utilizzare gli usuali carichi in alternata
- negli impianti collegati alla rete, di interfacciarsi con la stessa per
iniettarvi l’energia prodotta
Sono apparecchiature relativamente complesse sulle quali è
riposta l’affidabilità di tutto il sistema di generazione
39 40
10

11. 20081016
20081016
Inverter Inverter
Un inverter è un apparato elettronico in grado
di convertire corrente continua in corrente
alternata eventualmente a tensione diversa,
oppure una corrente alternata in un'altra di
differente frequenza.
Si tratta di un tipo particolare di inverter progettato
espressamente per convertire l'energia elettrica sotto forma di
corrente continua prodotta da modulo fotovoltaico, in corrente
alternata da immettere direttamente nella rete elettrica. Queste
macchine estendono la funzione base di un inverter generico con
funzioni estremamente sofisticate e all'avanguardia, mediante
l'impiego di particolari sistemi di controllo software e hardware
che consentono di estrarre dai pannelli solari la massima
potenza disponibile in qualsiasi condizione meteorologica.
41 42
20081016
20081016
Inverter Inverter
Gli inverter parallelabili sono dotati di un dispositivo di inseguimento del
Questa funzione prende il nome punto di massima potenza del generatore fotovoltaico in quanto
di MPPT, un acronimo di origine
Inglese che sta per Maximum quest’ultimo si modifica durante l’esercizio in relazione al variare delle
Power Point Tracker. I moduli condizioni di irraggiamento e di temperatura.
fotovoltaici infatti, hanno una Mentre i convertitori per uso isolato
curva caratteristica V/I tale che
esiste un punto di lavoro devono essere accoppiati al carico da
ottimale, detto appunto alimentare (potenza massima,, spunti,
Maximum Power Point, dove è ecc.), quelli parallelabili devono essere
possibile estrarre tutta la accoppiati alla potenza del generatore
potenza disponibile. Questo fotovoltaico (in genere, con Pn = 0,75-
punto della caratteristica varia 0,85 Pfv).
continuamente in funzione del
livello di radiazione solare che
colpisce la superficie delle celle.
È evidente che un inverter in
grado di restare quot;agganciatoquot; a
questo punto, otterrà sempre la
massima potenza disponibile in
qualsiasi condizione. 43 44
11

12. 20081016
20081016
Prestazioni del fotovoltaico Prestazioni del fotovoltaico
Un impianto fotovoltaico collegato alla rete inietta nella stessa ASPETTI TECNICI
tutta l’energia elettrica che riesce a trasformare da quella Spazi occupati: 1 kW = 8 metri quadrati 3 kW = 24 mq
primaria solare Energia prodotta: 1 kW = 1100 kWh/anno 3 kW = 3300 kWh
Per quantificare l’energia elettrica prodotta si può usare il Prezzo (2005): modulo 3,35 €/W; sistema 5,5 €/W 3 kW = 16.500 €
concetto energetico di ore equivalenti a potenza massima Affidabilità: parte FV, 99,9% (grandine compresa!)
cioè il numero di ore annue a cui l’impianto avrebbe dovuto Manutenzione ordinaria: 0% (nessuna pulizia!)
funzionare alla sua potenza massima per dare l’energia Garanzia: moduli 20 anni, inverter 2 anni + contratto di
elettrica che ha prodotto manutenzione
Il fotovoltaico ha un numero di ore equivalenti che è ASPETTI ECONOMICI
ovviamente funzione del sito di installazione (latitudine, La competitività si misura rispetto al prezzo di acquisto dalla rete
ombreggiamenti, condizioni climatiche) elettrica
Alcuni numeri di riferimento per condizioni ideali (inclinazione Conto capitale (fino al 2005): economico se finanziato almeno al
65-70%
ottimale, nessun ombreggiamento, progetto e qualità Conto energia prodotta (avviato, agosto 2005): tariffa dedicata
adeguati) possono essere: (produttore)
Nord: 1000 ore cioè 1000 kWh/anno per 1 kW installato
Centro: 1150 ore cioè 1150 kWh/anno per 1 kW installato
45 46
Sud: 1250 ore cioè 1250 kWh/anno per 1 kW installato
20081016
20081016
Prezzi e prestazioni Conto energia
Schare delle applicazioni (world 2004) ... Prezzi di mercato dei sistemi
con
47 48
12

13. 20081016
20081016
Conto energia Conto energia
2.2 Le nuove tariffe
L’energia elettrica prodotta dagli impianti fotovoltaici, entrati in esercizio dopo il Le tariffe maggiori sono riconosciute ai piccoli impianti domestici,
13/04/07 (data di pubblicazione della Delibera AEEG n. 90/07) e prima del 31 inferiori a 3 kW, che risultano integrati architettonicamente. Le
dicembre 2008, ha diritto a una tariffa incentivante articolata secondo i valori tariffe più basse sono invece riconosciute ai grandi impianti non
indicati nella seguente tabella (che riproduce la tabella allegata al nuovo DM). integrati architettonicamente.
Le tariffe sono erogate per un periodo di venti anni, a decorrere
dalla data di entrata in esercizio dell’impianto e rimangono
costanti, non subiscono cioè aggiornamenti ISTAT, per l’intero
periodo.
Per gli impianti che entreranno in esercizio dal 1° gennaio 2009
al 31 dicembre 2010, i valori indicati nella Tabella A saranno
decurtati del 2% per ciascuno degli anni di calendario successivi
al 2008, rimanendo poi costanti per il periodo di venti anni di
erogazione dell’incentivo.
Tariffe incentivanti per dimensione dell’impianto e per tipologia d‘integrazione
Ridevinizione delle tariffe nel 2010
49 50
20081016
20081016
Redditività in architettura Redditività
Se si limita l’esame ad impianti di piccola taglia (1-
3 kW), realizzati sulle pertinenze di edifici e
destinati ad operare in regime di scambio sul
posto, è possibile effettuare valutazioni
approssimate, di validità generale, che portano
alle seguenti stime del tempo di ritorno del capitale
investito:
• Italia settentrionale: 11 – 13 anni
51 • Italia centrale: 9 – 11 anni 52
• Italia meridionale: 7 – 9 anni
13

14. 20081016
20081016
Redditività Il futuro
53 54
20081016
Il futuro
Fine
Grazie per l’attenzione
Franco Pecchio
Mr
55
mail: franco.pecchio@gmail.com
http://www.linkedin.com/in/francopecchio
14