L'energia solare rappresenta una delle fonti energetiche rinnovabili più promettenti a livello globale, e il fotovoltaico è uno dei principali metodi per sfruttarla in modo efficiente. Questa tecnologia si basa sull'utilizzo di pannelli solari al fine di convertire direttamente la luce del sole in energia elettrica.
Ma come funziona esattamente il sistema fotovoltaico e quali sono i vantaggi che offre? In questo articolo, esploreremo il fotovoltaico come funziona e le sue molteplici applicazioni, nonché i numerosi vantaggi che porta con sé.
Che cos'è un impianto fotovoltaico?
Un impianto fotovoltaico rappresenta una forma particolare di impianto elettrico in grado di generare energia sfruttando una risorsa rinnovabile e inesauribile, ossia l'energia solare proveniente dal sole.
In generale, esistono due principali tipi di impianti fotovoltaici:
- Gli impianti connessi alla rete sono integrati direttamente con i sistemi elettrici convenzionali presenti in abitazioni e aziende. Essi possono essere utilizzati in modo alternativo o combinato con l'energia fornita dalla rete elettrica al fine di soddisfare le esigenze energetiche dell'utente finale.
- Gli impianti stand-alone sono progettati per includere un sistema di batterie, garantendo così una "continuità del servizio". Questo significa che questa tipologia è in grado di fornire energia elettrica anche durante le ore notturne o nel momento in cui la radiazione solare è insufficiente per la produzione di energia o assente.
Componenti di un impianto fotovoltaico: quali sono?
I principali elementi che costituiscono di un impianto fotovoltaico includono:
- Moduli fotovoltaici: Questi componenti speciali catturano l'energia solare utilizzando celle di silicio, le quali trasformano la radiazione solare in energia elettrica. I pannelli solari sono collegati in serie per formare una sequenza, mentre le sequenze collegate in parallelo costituiscono l'array fotovoltaico.
- Strutture di sostegno dei moduli: Queste strutture supportano i moduli e li fissano al tetto. Se l'impianto è installato su una superficie piana, le strutture possono anche consentire un'ottimale esposizione dei moduli inclinandoli in direzione dei raggi solari.
- Quadro di campo: Questo quadro gestisce le diverse stringhe di moduli e fornisce protezione contro i sovraccarichi.
- Inverter: L'inverter è un dispositivo elettronico che converte l'energia elettrica prodotta dai moduli (corrente continua) nella stessa tipologia di energia utilizzata negli apparecchi domestici o industriali (corrente alternata). Gli inverter includono anche dispositivi di protezione per garantire la sicurezza dell'impianto, spegnendolo in caso di blackout elettrico o disturbi nella rete.
- Cablaggi: I cavi di collegamento per i pannelli solari trasportano una corrente continua intensa e devono essere appositamente progettati per resistere ai raggi UV, oltre che alle varie condizioni atmosferiche.
- Sistemi di protezione: Questi sistemi comprendono interruttori, differenziali, limitatori e scaricatori, che proteggono l'impianto da sovraccarichi, cortocircuiti, fulmini e contatti diretti indesiderati.
- Sistemi di misurazione: Nei sistemi fotovoltaici connessi alla rete elettrica, viene installato un contatore aggiuntivo fornito dal fornitore di energia locale, il quale registra la quantità di energia prodotta. Questo si somma al contatore esistente nella casa, che misura lo scambio di energia tra l’abitazione e la rete, non limitandosi solo alla misurazione dei consumi.
I componenti aggiuntivi, invece, che possono migliorare l'efficienza di un impianto fotovoltaico come funziona e sono sempre più diffusi includono:
- Sistema di monitoraggio: Consente il controllo remoto dell'impianto, monitorando la produzione, l'autoconsumo e lo stato dell'inverter.
- Energy Storage: Si tratta di un sistema di accumulo dell'energia prodotta durante il giorno, permettendo di utilizzarla nel momento in cui l'impianto non è in grado di produrre energia (come, ad esempio, la notte). Ciò massimizza l'autoconsumo senza dover modificare le proprie abitudini di consumo.
Impianto fotovoltaico: come funziona?
Un pannello fotovoltaico, comunemente noto anche come pannello solare, è costituito da celle fotovoltaiche che assorbono la luce solare e la convertono in elettricità.
Queste celle, realizzate con materiali semiconduttori come il silicio, sono connesse insieme per formare un modulo. Di solito, un pannello solare sul tetto è composto da circa 30 moduli.
Nel momento in cui le celle fotovoltaiche assorbono la luce solare, i semiconduttori liberano gli elettroni che possono quindi fluire attraverso il materiale. Gli elettroni, che sono carichi negativi, si spostano attraverso la cella verso la superficie anteriore, creando uno squilibrio di carica tra la parte anteriore e quella posteriore. Questa disparità provoca una differenza di potenziale simile a quella tra i terminali negativi e positivi di una batteria.
La corrente elettrica generata viene, quindi, raccolta dai fili del pannello solare e può essere utilizzata immediatamente o immagazzinata in una batteria collegata all'impianto fotovoltaico.
È importante notare che le celle solari non funzionano solo quando c'è il sole, ma in una giornata nuvolosa producono comunque meno energia rispetto a una giornata soleggiata.
Come funziona il fotovoltaico con accumulo?
Un sistema di accumulo per un impianto fotovoltaico è composto da un gruppo di accumulatori o batterie che conservano l'energia generata dai pannelli solari quando non viene utilizzata immediatamente.
Questo processo permette di immagazzinare l'energia in surplus rispetto al consumo diurno e utilizzarla durante la serata o la notte senza dover dipendere dall'approvvigionamento energetico della rete elettrica tradizionale. Pertanto, un impianto solare con accumulo consente di utilizzare l'energia in un momento successivo rispetto alla sua produzione.
Sul mercato esistono due tipi di sistemi di accumulo dell'energia fotovoltaica:
- Inverter con batteria integrata: Questo sistema è costituito da un unico dispositivo che include l'inverter fotovoltaico, il quale converte la corrente continua in corrente alternata, e una batteria al litio integrata. Ciò conferisce al sistema un design compatto e ridotto nelle dimensioni.
- Sistema modulare con batterie esterne: In questa situazione, il meccanismo per immagazzinare l'energia prodotta dai pannelli solari si trova all'esterno e viene collegato a essi. Questo tipo di sistema offre maggiore flessibilità al cliente finale in quanto consente di scegliere tra diverse tecnologie e modalità di accumulo.
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Per comprendere meglio il funzionamento di un impianto fotovoltaico con accumulo, è importante considerare che l'accumulo di energia solare avviene in modo dinamico.
Durante il mattino, l'energia prodotta viene consumata direttamente nell'edificio e l'eventuale surplus viene immagazzinato all’interno delle batterie. Nel corso della serata, l'energia accumulata viene utilizzata per alimentare gli elettrodomestici all'interno dell'edificio. Durante la notte, se l'energia accumulata non è sufficiente, l'impianto preleva l'energia dalla rete elettrica per soddisfare il fabbisogno dell'abitazione.
Quali sono i vantaggi di un impianto fotovoltaico?
L'installazione di un impianto fotovoltaico offre numerosi vantaggi in diversi ambiti:
- Impatto ambientale ed ecologia: L'utilizzo di pannelli fotovoltaici consente di sfruttare l'energia solare per produrre elettricità senza generare inquinamento. Questo contribuisce a ridurre le emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera, aiutando a contrastare il problema del surriscaldamento globale. Pertanto, esso rappresenta un sistema di produzione energetica ecologico e sostenibile.
- Risparmio economico: La produzione autonoma di energia attraverso un impianto fotovoltaico consente di ridurre notevolmente l'acquisto di energia elettrica dalla rete tradizionale, portando a una significativa riduzione dei costi sulla bolletta energetica. Inoltre, eventuali surplus di energia prodotta possono essere venduti alla rete elettrica, generando di conseguenza un guadagno economico.
- Aumento del valore dell'immobile: L'installazione di pannelli fotovoltaici è considerata un miglioramento energetico per l'abitazione. Di conseguenza, questo intervento aumenta la classe di efficienza energetica dell'immobile e il suo valore complessivo sul mercato immobiliare.
- Investimento: Un impianto fotovoltaico rappresenta un investimento poiché il costo iniziale dell'installazione viene recuperato nel corso di alcuni anni grazie ai risparmi sulla bolletta energetica. Successivamente, l'energia prodotta diventa un effettivo guadagno economico per il proprietario dell'impianto.
- Agevolazioni fiscali: Attualmente, è vantaggioso installare un impianto fotovoltaico in quanto sono in vigore numerose detrazioni fiscali che contribuiscono a ridurre l'impatto economico di tale operazione.
Quali sono le agevolazioni fiscali per l'installazione di un impianto fotovoltaico?
Esistono diverse forme di incentivi per coloro che scelgono di installare un impianto fotovoltaico nella propria abitazione:
- Superbonus del 90%: Questo beneficio offre un credito d'imposta pari al 90% delle spese sostenute per l'installazione di impianti fotovoltaici. Tuttavia, è necessario che l'installazione sia correlata a interventi di efficientamento energetico o ristrutturazione edilizia.
- Bonus ristrutturazione del 50%: Questo incentivo consente di usufruire di una detrazione fiscale del 50% delle spese sostenute per la ristrutturazione degli edifici, compresa l'installazione di impianti fotovoltaici.
- IVA agevolata: Per l'acquisto e l'installazione di impianti fotovoltaici residenziali, è prevista l'applicazione di un'IVA ridotta. Ciò significa che sarà applicata un'aliquota IVA inferiore rispetto alle tariffe standard.
Efficienza di un impianto fotovoltaico: come si calcola?
Tutti i fattori che influenzano l'efficienza di un impianto fotovoltaico possono essere riassunti utilizzando un indice chiamato "System Derate Factor", che rappresenta il coefficiente di riduzione dell'efficienza complessiva
Alcune simulazioni, come quelle effettuate con il PV Watts Calculator del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, forniscono un valore di efficienza standard dell'86%. Tuttavia, questo valore è solo indicativo poiché alcuni fattori che influenzano l'efficienza dei pannelli fotovoltaici dipendono da condizioni ambientali imprevedibili.
L'efficienza del modulo fotovoltaico, ovvero la quantità di energia solare che viene convertita in energia elettrica, viene misurata in laboratorio nelle condizioni standard, chiamate STC (Standard Test Conditions), che prevedono una temperatura di 25º C e un'irradianza solare di 1000 W/m2.
L'efficienza complessiva di un impianto fotovoltaico viene quindi calcolata utilizzando la seguente formula:
Efficienza Complessiva Impianto Fotovoltaico = Efficienza Modulo FV x System Derate Factor.
Per quanto riguarda il rendimento fotovoltaico espresso in percentuale, viene calcolato utilizzando la formula:
Rendimento % = (Potenza / Superficie / 1000) x 100.
Da che cosa è influenzata l'efficienza di un impianto fotovoltaico?
Nessun sistema fotovoltaico è in grado di convertire completamente tutta l'energia solare che riceve in corrente elettrica, ma solo una parte di essa.
L'efficienza dei pannelli fotovoltaici dipende dalla percentuale di energia solare che riescono a trasformare in energia elettrica. Attualmente, i pannelli ad alta efficienza disponibili sul mercato possono convertire tra il 20% e il 23% dell'energia solare ricevuta in condizioni standard, corrispondente a circa un quinto dell'energia totale. Tuttavia, sono in corso sperimentazioni per sviluppare impianti con un'efficienza superiore al 30%.
La capacità di conversione dei pannelli è il principale fattore che influisce sull'efficienza complessiva di un sistema fotovoltaico. Ci sono, però, anche altri fattori che influenzano l'efficienza durante le diverse fasi della produzione di energia.
- L'anzianità dell'impianto: l'efficienza dei pannelli tende a diminuire nel tempo, con una riduzione media dello 0,5% all'anno. Di conseguenza, un pannello fotovoltaico che ha raggiunto la fine della sua vita utile (dopo 20-25 anni di funzionamento) avrà un rendimento significativamente inferiore rispetto alla fase iniziale.
- Condizioni ambientali come temperatura e presenza di polvere possono influenzare l'efficienza dei moduli fotovoltaici. In particolare, temperature più elevate riducono l'efficienza. Inoltre, la presenza di polvere o altri materiali sulla superficie delle celle può avere un impatto negativo sul rendimento dell'impianto fotovoltaico.
- L'ombreggiamento rappresenta un fattore intrinseco di inefficienza, sia che sia causato da condizioni meteorologiche temporanee che rappresenti un problema strutturale come l'ombra di alberi o altre strutture su un gruppo di pannelli.
- L'efficienza degli inverter, i dispositivi che convertono la corrente continua in corrente alternata, comporta una perdita di energia del 3-4% durante il processo di conversione.
- È possibile che ci siano disomogeneità e piccole perdite lungo la rete di distribuzione dell'energia. Anche se due pannelli sono identici per marca, modello e capacità, potrebbero presentare caratteristiche leggermente diverse. Anche i cavi e i connettori possono influire negativamente sull'efficienza complessiva dell'impianto, sebbene le variazioni siano di solito poco significative.
- L'orientamento dei moduli svolge un ruolo fondamentale nel determinare la potenza complessiva dell'impianto e nella scelta dei tipi di moduli da installare. L'orientamento ideale è rivolto a sud, corrispondente alla posizione del sole a mezzogiorno nell'ora solare. È anche possibile utilizzare sistemi di inseguimento solare per modificare l'orientamento e l'inclinazione dei moduli a seconda del periodo dell'anno.
FAQ
Come funziona il fotovoltaico in una casa?
La produzione di energia in un sistema fotovoltaico domestico è assicurata dalla cella fotovoltaica, la quale converte l'energia solare in corrente elettrica. La corrente raccolta viene poi incanalata all'interno dei cavi del pannello solare e fluisce verso gli altri elementi del sistema al fine di garantirne il funzionamento.
Come funziona un impianto fotovoltaico?
Un sistema solare fotovoltaico sfrutta l'energia solare tramite l'utilizzo di dispositivi speciali noti come "moduli fotovoltaici". Questi moduli sono composti da celle di silicio, i quali rappresentano componenti essenziali allo scopo di convertire la luce solare in energia elettrica.
Come funziona la bolletta con i pannelli fotovoltaici?
Attraverso il meccanismo dello scambio sul posto, l'utente mantiene l'obbligo di pagare le normali bollette per l'energia elettrica prelevata dalla rete e, allo stesso tempo, riceve un rimborso annuale per l'energia che viene invece immessa nella rete di fornitura nazionale. Questo rimborso annuale viene suddiviso in tre pagamenti: due acconti semestrali e un conguaglio annuale.
Quanto rende un impianto fotovoltaico da 6 kW al giorno?
Un sistema fotovoltaico con una capacità di 6 kW genera in media 23,8 kWh al giorno (calcolato dividendo 8700 kWh per 365 giorni).
Perché non mettere il fotovoltaico?
L'installazione di un impianto fotovoltaico non è vantaggiosa se i tuoi consumi non sono sufficienti a coprire i costi e risparmiare sulla bolletta. Se consumi meno di 2000 kWh all'anno, non sarebbe conveniente installare un sistema fotovoltaico poiché la tua bolletta annuale sarebbe inferiore a 400€ e il periodo di recupero dell'investimento sarebbe molto lungo.
Quando conviene installare un impianto fotovoltaico?
Secondo l'associazione dei consumatori, è opportuno considerare l'installazione di un impianto fotovoltaico quando i consumi energetici annuali superano i 2.500/3.000 kWh e se si ha l'intenzione di rimanere nell'edificio in cui l'impianto verrà installato per un lungo periodo di tempo.
Quante ore di sole per il fotovoltaico?
In genere, si contano circa 7 ore di esposizione solare al giorno, il che sottolinea l'utilità dell'installazione di un impianto fotovoltaico per la produzione di energia pulita.
Conclusione
In conclusione, il sistema fotovoltaico si presenta come una soluzione energetica ecologica e conveniente. Abbiamo visto come i pannelli solari siano in grado di convertire direttamente l'energia solare in elettricità, riducendo l'impatto ambientale e le emissioni di anidride carbonica.
Questa tecnologia offre numerosi vantaggi, tra cui un notevole risparmio economico grazie alla produzione autonoma di energia elettrica e la possibilità di vendere l'eventuale surplus alla rete nazionale. Inoltre, l'installazione di un impianto fotovoltaico può aumentare il valore dell'immobile e beneficiare di incentivi fiscali, come il Superbonus e la detrazione del 50% per la ristrutturazione.
Con il continuo sviluppo tecnologico, i costi di installazione dei pannelli solari stanno diminuendo in modo considerevole, rendendo l'energia solare sempre più accessibile a tutti. Grazie al fotovoltaico, è possibile contribuire attivamente alla transizione verso un futuro più sostenibile e ridurre la dipendenza dalle fonti energetiche tradizionali.
