Title: IMPIANTI%20%20FOTOVOLTAICI
1 2 3DEFINIZIONI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
CELLA FV
E un dispositivo che trasforma direttamente
lenergia solare in energia elettrica.
Lefficienza di conversione delle celle
attualmente disponibili sul mercato varia dal 10
al 17 . E in genere di forma quadrata, di
superficie pari a circa 100 cm2 e si comporta
come una minuscola batteria, producendo, nelle
condizioni di irraggiamento standard (1000
W/m2) una corrente continua di 3 A, con una
tensione di 0,5 Volt, quindi una potenza di 1,5
Watt di picco (Wp).
4(No Transcript)
5IMPIANTI FOTOVOLTAICI
DEFINIZIONI
MODULO FV
Poiché la singola cella fornisce un valore basso
di tensione e di corrente è necessario collegarne
un certo numero in serie, i moduli, per ottenere
i parametri richiesti dalle normale
apparecchiature elettriche. I moduli in
commercio attualmente più diffusi ( circa 0,5 m2
di superficie) utilizzano 36 celle collegate in
serie, fornendo così una potenza che va dai 50
ai 140 Watt di picco e tensione di lavoro di
circa 17 Volt in corrente continua. Il modulo
rappresenta il componente elementare del
sistema fotovoltaico.
6IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Cella FV
MODULO FV
n celle 36 in serie Potenza di picco 50
a 140 Watt Tensione 17 Volt in corrente
continua
7IMPIANTI FOTOVOLTAICI
MODULO FV
DATI DI TARGA Potenza di picco 90
Watt Voc 20,7 V Isc 6,2 A Vmp 16,7
V Imp 5,4 A Specifiche climatiche 1000 W/m2 e
25C
Pp Max potenza nelle condiz. standard Voc
Tensione a circuito aperto Isc Corrente a
circuito aperto Vmp Tensione al punto di max
potenza Imp Corrente al punto di maz potenza
8IMPIANTI FOTOVOLTAICI
DEFINIZIONI
Più moduli collegati in serie o in parallelo
formano il pannello, ovvero una struttura rigida
ancorabile al suolo o ad un edificio.
Un insieme di pannelli, collegati elettricamente
in serie in modo da fornire la tensione
richiesta.
E formato da più stringhe collegate in
parallelo, per fornire la potenza richiesta.
9PANNELLO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
PANNELLO FV
Moduli collegati in serie o in parallelo
10IMPIANTI FOTOVOLTAICI
STRINGA FV
Pannelli collegati in serie per ottenere la
tensione voluta
11IMPIANTI FOTOVOLTAICI
GENERATORE FV
Stringhe collegate in parallelo per ottenere la
potenza voluta
2a Stringa
1a Stringa
3a Stringa
12IMPIANTI FOTOVOLTAICI
DEFINIZIONI
GLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Si classificano in
Impianti isolati (stand-alone) nei quali
lenergia prodotta alimenta direttamente un
carico elettrico e leccedenza viene
generalmente accumulata in apposite batterie di
accumulatori. Impianti connessi alla rete
elettrica (grid-connected) nei quali lenergia
viene convertita in c.a. per alimentare il carico
utente e/o immessa in rete, con la quale
limpianto lavora in regime di interscambio.
13(No Transcript)
14(No Transcript)
15DEFINIZIONI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
kWp Potenza elettrica di picco dei moduli
fotovoltaici in condizioni di massima
insolazione. In realtà tale potenza è riferita
ad un irraggiamento standard di 1 kW/m2 su una
superficie orizzontale e alla temperatura di 25
C. Fornita in corrente continua kW
Potenza elettrica alluscita dellinverter e
misurata al contatore. Tale potenza è riferita
in corrente alternata a 220 o 380 Volt.
16IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
- La quantità di energia elettrica prodotta
da un sistema fotovoltaico dipende da diversi
fattori - Efficienza dei moduli e dimensioni
dellimpianto - Radiazione solare incidente
- Posizionamento dei moduli (angolo di
inclinazione o di tilt e di orientamento o
azimut) - Efficienza del BOS (Balance Of System) elettrico
17IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
- Efficienza delle celle e dei moduli hm
- E definita dal rapporto tra la potenza
elettrica prodotta e la potenza della radiazione
solare incidente. Entrambe ovviamente cambiano in
funzione delle condizioni di irraggiamento
solare. - Come riferimento si usano le condizioni standard
di insolazione cioè - Potenza della radiazione incidente 1000
Watt/m2 - Temperatura del modulo 25 C
- ( valori di hm tra 10 e il
16)
18IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
- Efficienza delle celle e dei moduli hm
- La potenza elettrica di picco generata in kWp
sarà - P hm x Pstc x A
- Essendo
- hm lefficienza del modulo,
- Pstc la potenza radiante in condizioni standard
1000W/m2 - A larea del modulo m2
- 8 m2 di moduli con efficienza hm 12,5
producono quindi 1 kW di picco.
19IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
b) Radiazione solare incidente Ha un valore
variabile in funzione di diversi parametri
b.1) la distanza e posizione relativa
Terra-Sole La distanza Terra-Sole influenza la
quantità totale di energia che raggiunge il
pianeta. Linclinazione della Terra rispetto al
suo piano di rivoluzione intorno al Sole comporta
che i due emisferi Nord e Sud, abbiano diversi
climi e stagioni. Per tale motivo la latitudine
del luogo di installazione è un parametro
fondamentale per la progettazione dei sistemi FV.
20IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
b.2 linfluenza dellatmosfera terrestre
(assorbimento, riflessione, rifrazione,
ecc.) La presenza dellatmosfera comporta
una serie di fenomeni sulla radiazione incidente,
tra i quali leffetto filtro, che riduce
sensibilmente lintensità della radiazione al
suolo e la frammentazione della luce nelle sue
diverse componenti (diretta, riflessa, assorbita,
ecc).
21IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
- c) Posizionamento dei moduli
- La posizione dei moduli rispetto al sole
influisce notevolmente sulla quantità di energia
captata e quindi sulla quantità di energia
elettrica prodotta. I parametri che direttamente
influiscono sul fenomeno sono - l angolo di inclinazione rispetto
allorizzontale (tilt) - l angolo di azimut (orientamento rispetto al
Sud)
22IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
c) Posizionamento dei moduli Nel nostro
emisfero (Nord) lenergia elettrica prodotta è
massima per angolo di tilt uguale circa alla
latitudine locale e orientamento a Sud (azimut
0). Variazioni di angolo di tilt 15 e di
azimut 45 rispetto a Sud non comportano
sensibili peggioramenti delle radiazioni
incidenti. Ciò comporta una notevole
flessibilità nellorientamento dei moduli FV.
23IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DA UN SISTEMA FV
d) Efficienza del BOS (Balance Of System)
elettrico Lefficienza complessiva dellimpianto
è influenzata dai componenti elettrici necessari
al trasferimento dellenergia prodotta dal
modulo FV allutenza. Tale rendimento tiene
conto delle perdite elettriche nellinverter/trasf
ormatore, nelle linee e nei componenti
elettronici e a causa dellaumento della
temperatura dei moduli. Valori di hBos
accettabili vanno dall 75 all 80
24IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IL COSTO DI UN SISTEMA FV
I sistemi FV non sono ancora concorrenziali con
le tecnologie tradizionali per la produzione di
energia elettrica. Ciò è dovuto al costo ancora
elevato della materia prima e della lavorazione
necessaria per la produzione dei moduli. Ma
anche perché il mercato dellenergia ancora non
tiene conto dei costi reali, ma nascosti, che i
combustibili fossili utilizzati per la produzione
elettrica fanno pagare allambiente e
alluomo. Per motivi di tutela ambientale, ma
anche a causa della grande vulnerabilità dei
paesi occidentali, petrolio dipendenti, cè da
parte dei Governi una grossa spinta alla
diffusione delle tecnologie FV attraverso
programmi di incentivazione nazionali e
internazionali.
25IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IL COSTO DI UN SISTEMA FV
- Il costo di un impianto FV è condizionato
principalmente - dalla tipologia dellimpianto (isolato o
connesso alla rete) - dai materiali costituenti i moduli FV
- dalla qualità dell inverter
- dalle batterie di accumulo per i sistemi isolati
- dalla struttura di supporto dei moduli .
26IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IL COSTO DI UN SISTEMA FV
27IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IL COSTO DI UN SISTEMA FV
Costo dellimpianto per unità di potenza installata / kWp
Impianto FV connesso alla rete da 7000 a 7500
Impianto FV isolato da 8000 a 9000
28COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Dopo la messa in opera dellimpianto la ditta
installatrice deve effettuarne il collaudo
verificando che lo stesso risponde alle
specifiche funzionali del progetto.
29COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- Raccomandazioni preliminari
- Evitare il collaudo nelle giornate afose
(umidità, aumento radiazione diffusa) - Verificare le condizioni di irraggiamento stabili
(assenza di nuvole) - Evitare il collaudo nelle ore più calde (aumento
della T moduli e decremento del rendimento) - Allineare il sensore delle radiazioni al piano
dei moduli
30COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- Raccomandazioni preliminari
- Verificare la radiazione di almeno 700 W/m2
- Fare un esame visivo dellintero sistema
- Verificare la pulizia del piano dei moduli
- Fare più serie di misure e considerare il valor
medio (scartando il valore min e quello max) - Annotare le misure sulla scheda di collaudo.
31COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- Prima delle verifiche tecnico-funzionali occorre
effettuare un esame visivo di ogni componente
dellimpianto. In particolare - I moduli
- I cablaggi
- La marcatura dei cavi elettrici
- I collegamenti di messa a terra
32COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- Verifica tecnico-funzionale
- Verifica della tensione di uscita dal campo FV
- Verifica dellisolamento
- Verifica della potenza (lato campo FV in cc e
lato inverter in ca)
33COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- Verifica tecnico-funzionale
- Verifica della tensione di uscita dal campo
FV - La tensione sarà la somma delle tensioni dei
moduli (in serie). - La misura viene effettuata con inverter spento e
sezionatori aperti. - (Valori di Tensione leggermente più bassi sono
dovuti allaumento della temperatura dei
moduli)
34COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Verifica tecnico-funzionale 2. Verifica
dellisolamento Occorre verificare che non ci
siano dispersioni di corrente verso terra. La
misura viene effettuata con inverter spento e
sezionatori aperti. Il puntale negativo del
tester viene collegato alla massa e quello
positivo prima sul positivo della stringa e poi
sul negativo. Nelle due misure il valore della
resistenza elettrica deve essere superiore o
uguale a 200Mega ohm.
35COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Verifica tecnico-funzionale 3. Verifica della
potenza del sistema Occorre prima misurare la
radiazione solare espressa in Watt/m2 La misura
viene effettuata con il piranometro il cui
segnale elettrico è misurato mV/mV/W/cm2 essendo
mV/W/cm2 la costante dello strumento. Ad esempio,
se misuriamo 10 mVolt e la costante dello
strumento è 14 mVolt/W/cm2 sia avrà una
radiazione solare di 10 x 1000/14 714 W/ m2
36COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Verifica tecnico-funzionale 3.1 Verifica della
potenza Pcc alluscita del campo FV (in
corrente continua) Occorre che la potenza
misurata sia superiore all85 della potenza di
picco e in proporzione alla radiazione solare
misurata rispetto a quella standard (1000
Watt/m2 ). Ossia Pcc gt 85 Pp Imis
/Istandard Se la potenza di picco dellimpianto è
di 700 Watt e la radiazione solare misurata è di
714 Watt/m2 il valore misurato deve essere
superiore a 85 x700 x 714/1000 ossia di almeno
425 Watt.
37COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Verifica tecnico-funzionale 3.2 Verifica della
potenza Pca alluscita dellinverter (in
corrente alternata) Occorre che la potenza
misurata sia superiore all90 della potenza Pcc
(alluscita del campo FV ) o analogamente che sia
superiore al 75 della potenza di picco e in
proporzione alla radiazione solare misurata
rispetto a quella standard (1000 Watt/m2 ). Ossia
Pca gt 90 Pcc oppure Pac gt 75 Pp Imis
/Istandard
38COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Verifica tecnico-funzionale 3.2 Verifica della
potenza Pca alluscita dellinverter (in
corrente alternata) Ossia se la potenza Pcc
alluscita del campo FV misura 440 Watt la
verifica è soddisfatta se misuriamo almeno 396
Watt alluscita dellinverter. La misura viene
effettuata con inverter aperto. Questa verifica
misura le perdite dellinverter che non devono
essere superiori al 10 (h gt90)
39COLLAUDO DI UN IMPIANTO FV
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Verifica tecnico-funzionale Tutti i parametri
misurati dovranno essere necessariamente
riportati nelle schede di collaudo.
40ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- DATI DI PROGETTO
- DOMANDA DI POTENZA ELETTRICA Pp
kWp - INSOLAZIONE GIORNALIERA MAX I
kWh/m2g - INSOLAZIONE GIORN. MEDIA LANNO Im
- COSTO UNITARIO DEL SISTEMA CP
/kWp - COSTO ANNUO DI MANUTENZIONE Cm
/anno - COSTO COMPLESSIVO ELETTRICITA CE
/kWh
41ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- DATI DI PROGETTO
- VITA TECNOLOGICA DELLIMPIANTO v anni
- TASSO INTERESSE DI CALCOLO i
- Dove i R f f R interesse nominale
- f inflazione f deriva
42IMPIANTI FOTOVOLTAICI
ANALISI DI CONVENIENZA
- DATI DI PROGETTO
- EFFICIENZE DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO
- EFFICIENZA MODULI FV (?m 10 a 16)
- rapporto tra energia elettrica prodotta in c.c. e
la radiazione solare incidente sul sito - EFFICIENZA BOS ( ?Bos 75 a 85)
- tiene conto di tutte le perdite in linea e delle
perdite nei componenti elettrici (inverter,
riscaldamento dei moduli) - SUPERFICIE DEL SISTEMA S m2/kWp ( da 8 a 10)
- Rappresenta la superficie occupata per kW di
picco prodotto
43ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
SCHEMA OPERATIVO I ed Im siano rispettivamente le
insolazioni massime e medie nellanno della
località, espresse in kWh/m2 giorno. Se D è la
domanda di kWh /giorno richiesta ed heq le ore
al giorno di sole equivalenti medie nellanno
per la località di ubicazione dellimpianto, la
potenza da installare sarà Pp D / heq x hBos
kWp Il numero dei moduli sarà n Pp /
Pm Dove Pm è la potenza elettrica di ogni singolo
modulo
44ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
LA QUANTITA DI ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA
MEDIAMENTE IN UN ANNO SARA QE Pp x S x Im x
g x hm x hBos kWh/a IL FLUSSO DI CASSA LORDO
SARA FCL QE x CE /a Se Cm è il costo
percentuale annuo di manutenzione rispetto al
costo dellimpianto INV IL FLUSSO DI CASSA NETTO
SARA FCN FCL Cm x INV /a
45IMPIANTI FOTOVOLTAICI
ANALISI DI CONVENIENZA
LINVESTIMENTO SARA INV CP x Pp IL
VAN SARA VAN FCN x FA INV
46ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
ESEMPIO DOMANDA DI POTENZA ELETTRICA PP 2
kWp SUPERFICIE DEI MODULI S 8
m2/kWp INSOLAZIONE IN UNA LOCALITA COSTIERA
MERIDIONALE () I 6,70 kWh/m2 g VALORE
MAX NELLANNO Im 4,35 kWh/m2 g VALORE MEDIO
NELLANNO () Dati reperiti su Profilo climatico
dellItalia edito dallENEA ed. 1999
47ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
ESEMPIO IPOTIZZANDO UN COSTO UNITARIO
DELLIMPIANTO CP 7500 /kWp SI
AVRA INV Pp x CP 15000 SE IL COSTO
ANNUALE DI MANUTENZIONE E Cm 0,70 INV
SI AVRA Cm 105 /anno
48ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IPOTIZZIAMO UN COSTO MEDIO ELETTRICO DI CE
0,18 /kWh LA PRODUZIONE ELETTRICA FV IN UN ANNO
SARA QE Pp x S x Im x g x hm x
hBos ossia QE 2 x 8 x 4,35 x 365 x 0,125 x
0,78 2477 kWh/anno Ossia per una potenza
installata di 2 kWp si produrrebbero EE 2477
kWh netti
49ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IL FLUSSO DI CASSA LORDO SARA FCL QE x CE
2477 x 0,18 446 /anno Se Cm è il costo
percentuale annuo di manutenzione rispetto al
costo dellimpianto IL FLUSSO DI CASSA NETTO
SARA FCN FCL Cm x INV 446 0,7 x
15000 341 /anno
50ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IPOTIZZANDO UNA VITA DEL SISTEMA DI 25 ANNI CON
UN TASSO DINTERESSE DI CALCOLO i 5 ( i R
f f 9 3 1 5 ) SI TROVA (FA)5.25
14,094 IL VALORE ATTUALE NETTO SARA VAN FCN x
(FA)5.25 INV - 10194
51ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IN QUESTE CONDIZIONI, COME SI VEDE LINVESTIMENTO
SAREBBE UN PESSIMO AFFARE. PER TALE MOTIVO QUESTA
SPECIFICA TECNOLOGIA E STATA DA ANNI
SOVVENZIONATA CON CONTRIBUTI A FONDO PERDUTO
RILEVANTI, CIOE FINO AL 75 DELLINVESTIMENTO. I
n queste condizioni, mettendo a proprio carico
solo un quarto dellonere complessivo si
avrebbe. VAN FCN x (FA)5.25 INV 1056
52ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
IL TEMPO DI RITORNO SEMPLICE O PAY-BACK
DELLINVESTIMENTO SARA TR INV / FC 3750 /
341 11,0 ANNI MENTRE IL TEMPO DI RITORNO
ATTUALIZZATO T.R.A. (parametro più corretto!)
SARA POCO PIU DI 16 ANNI.
53ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
VALUTIAMO IL COSTO DEL KILOWATTORA PRODOTTO DA
FONTE FOTOVOLTAICA CONSIDERANDO LINVESTIMENTO
CON O SENZA CONTRIBUTI. Costo del kWh (
INV/FA Cm) / QE Senza contributi C
(15000/14,094 0,7 15000)/2477 0,47
/kWh Con contributi C (3750/14,094 0,7
15000)/2477 0,15 /kWh Questultimo
valore é di poco inferiore a quello medio
praticato dalle attuali tariffe del fornitore
elettrico.
54ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
COME SI VEDE, NEL MIGLORE DEI CASI, CIOE
CONSIDERANDO LOCALITA BEN INSOLATE E TENENDO
ANCHE IN CONTO I CONTRIBUTI A FONDO PERDUTO, LA
CONVENIENZA DI INSTALLARE I PANNELLI FOTOVOLTAICI
RISULTA QUANTO MENO DISCUTIBILE, A MENO CHE NON
ESISTANO ALTRE SPECIFICHE CONDIZIONI CHE RENDONO
QUESTA TECNOLOGIA VINCENTE RISPETTO AD ALTRE.
55ANALISI DI CONVENIENZA
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- E TUTTAVIA DA TENER PRESENTE LE VARIABILI IN
GIOCO - COSTO DELLENERGIA ELETTRICA
- TENDENZIALMENTE CRESCENTE
- COSTO DEI PANNELLI FV
- TENDENZIALMENTE DECRESCENTE
- EFFICIENZA DEL SISTEMA FV CRESCENTE
- SONO PERTANTO IPOTIZZABILI NEI PROSSIMI ANNI
CONDIZIONI CHE CONCORRERANNO A RENDERE
CONVENIENTE LUSO DI QUESTA TECNOLOGIA.
56BENEFICI AMBIENTALI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Lenergia elettrica prodotta dal fotovoltaico
comporta un evidente vantaggio ambientale, poiché
sostituisce lenergia che altrimenti andrebbe
acquistata alla rete elettrica
nazionale. Infatti il fornitore elettrico (ENEL,
EDISON, e altri) produce energia elettrica con
un parco di centrali eterogeneo termoelettriche,
idroelettriche, geotermoelettriche, eoliche,
fotovoltaiche, ecc. Per produrre 1 kWh
elettrico si spendono circa 2,56 kWh (o 2200
kcal) sotto forma di combustibile fossile
(rendimento medio delle centrali del 39) e di
conseguenza vengono emessi nellaria circa 0,53
kg di CO2
57BENEFICI AMBIENTALI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Quantifichiamo limpatto che tale sostituzione
ha sullambiente in termini di minor produzione
di CO2 in aria. Consideriamo ad esempio
limpianto FV sul quale sono state fatte le
analisi economiche . Dati Potenza 2
kWp Energia elettrica prodotta 2477
kWh/anno Calcoliamo le emissioni di CO2 evitate
in un anno per ogni kWp FV installato
58BENEFICI AMBIENTALI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Energia elettrica prodotta in un anno kWh/kWp 1239
Fattore del mix elettrico Kg CO2 / kWh 0,53
Emissioni evitate in un anno Kg CO2 / kWp 656
59BENEFICI AMBIENTALI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
- Se la vita dellimpianto FV è stimata di circa
25 anni le emissioni di CO2 evitate saranno - x 656 16400 Kg CO2 / kWp
- cioè oltre 16 ton per ogni kWp FV installato
- e funzionante!