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Come fa un pannello fotovoltaico a produrre corrente?

I pannelli fotovoltaici sono dispositivi optoelettronici costituiti da celle fotovoltaiche. Le celle fotovoltaiche sono dispositivi in grado di convertire l'energia solare in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Il Diossido di Silicio è il costituente principale delle celle. È ottenuto tramite fusione di Polverino di Carbone e sabbia. Dalla fusione, si ottiene Silicio al 98% di purezza, che, trattato in forno con acido idrocloridrico, diventa liquido e, distillato a 1000 ºC, assume, nel raffreddamento, le caratteristiche di Silicio Monocristallino o Policristallino.

La produzione di energia elettrica è possibile grazie alla giunzione p-n, realizzata in ciascuna cella fotovoltaica. La giunzione p-n è costituita da due zone: una con eccesso di elettroni (strato n) ed una con eccedenza di lacune (strato p). Il Boro viene impiegato per realizzare la regione di tipo p mentre il Fosforo per quella di tipo n. Il Silicio drogato con il Boro (p) quando è posto a contatto con quello drogato con il Fosforo (n) inizia ad assorbire gli elettroni di quest’ultimo e trasferisce le sue lacune. In tal modo, dopo brevissimo tempo, il lato-p sarà polarizzato negativamente mentre il lato –n positivamente.

È la radiazione solare che, grazie all’effetto fotoelettrico, fornisce i pacchetti energetici (fotoni) che inducono il rilascio di una coppia elettrone-lacuna. Il Silicio è sensibile a tale effetto per le radiazioni di lunghezza d’onda compresa fra 0.4 e 1.1 micron. Lunghezze d’onda maggiori non vengono assorbite. I fotoni a lunghezze d’onda inferiori di 0.4 micron, invece, vengono utilizzati solo in parte per l’effetto fotoelettrico, i restanti causano solo un aumento di temperatura della cella.

La tipica cella fotovoltaica prodotta industrialmente è costituita da una sottile fetta di silicio mono o policristallino, di spessore variabile fra 0.08 e 0.3 mm, di forma quadrata, rettangolare o circolare. Nello spessore della cella si distinguono due strati semiconduttori: quello superiore esposto alla radiazione solare, molto sottile, di tipo n, ed un secondo strato, di tipo p, in cui avviene l’assorbimento della luce incidente. La luce genera all’interno della cella le coppie elettrone-lacuna, che migrano verso gli elettrodi sotto l’azione del campo elettrico presente alla giunzione p-n: gli elettroni vengono raccolti dall’elettrodo superiore, le lacune da quello inferiore, creando, così, un generatore di corrente. Il comportamento elettrico di una cella può essere rappresentato con un circuito elettrico equivalente, come in figura.

La conduttanza Gi tiene conto delle dispersioni verso terra durante il normale funzionamento mentre Rs rappresenta le perdite interne della cella e dipende dallo spessore della giunzione p-n, dalle impurità presenti e dalla resistenza di contatto. L’efficienza di conversione della cella è fortemente influenzata dal valore di Rs. È evidente che da un punto di vista energetico sarebbe auspicabile che tutte le coppie elettrone-lacuna generatesi dall’effetto fotoelettrico fluiscano verso il carico esterno, senza ricombinarsi all’interno della stessa giunzione. Per far ciò è importante che la conduttanza della cella sia la più bassa possibile e ciò dipende dalla qualità e dal grado di purezza della cella stessa. Qualora venga ad aumentare la resistenza Rs, associata al cablaggio elettrico della cella e al sistema di fissaggio dello stesso, la riduzione di voltaggio aumenterebbe considerevolmente a causa della caduta sull’interfaccia che separa la cella dai contatti.

Le caratteristiche della cella si modificano al variare della temperatura e della irradiazione solare incidente. Al diminuire della potenza radiante, si ha una decisa riduzione della corrente di corto-circuito, di contro il voltaggio a circuito aperto non varia in modo marcato; il risultato sarà una forte diminuzione della potenza massima erogabile dal pannello fotovoltaico. La temperatura, invece, gioca un ruolo differente, modificando, invece, il voltaggio a circuito aperto e operando una moderata influenza sulla corrente di corto-circuito; l’influenza sul valore di potenza massima risulta meno marcata. La temperatura di lavoro della cella (NOCT) viene fornita dal costruttore e rappresenta la temperatura raggiunta dalla cella quando sottoposta ad un irraggiamento di 800 W/m2, ad una temperatura dell’aria di 20 ºC, ad una velocità del vento di 1 m/s e ad uno spettro di radiazione AM1.5. Tanto più piccolo è il NOCT, tanto migliore è la qualità della cella, poiché un NOCT basso indica una buona capacità di conversione energetica ed un buon smaltimento del calore. Il NOCT, in genere, è compreso tra 41 e 50 ºC.

Comunità energetiche: come abbattere i costi in bolletta e promuovere l’autoconsumo

Sulla base dell’esempio di molti Paesi europei, come la Germania, anche in Italia sarà possibile, per incentivare l’autoconsumo, cedere ai propri “vicini” l’energia prodotta da un impianto fotovoltaico. E’ quanto previsto in futuro dalla direttiva europea Red II.

Ecco che nascono le Comunità Energetiche, un vero e proprio modello innovativo di distribuzione e consumo di energia, a vantaggio di limitrofe unità produttive o residenziali, che potrebbe interessare diversi soggetti e tipologie di edifici, dalle coperture di capannoni industriali, a quelle di centri commerciali o immobili pubblici. Nei condomini, l’energia prodotta potrà essere utilizzata non solo per le parti comuni dell'edificio (come ascensori e luci dei vani scala), ma anche per le singole unità, grazie all’installazione di un impianto fotovoltaico condiviso. In termini economici si parla di un risparmio in bolletta del 30%.

Il consumatore sarà sempre di più al centro di questo processo attraverso la scelta del fornitore di energia e la corretta valutazione delle offerte commerciali, ma soprattutto grazie all’autoproduzione e all’adozione di sistemi di accumulo e di gestione in termini di efficienza dei consumi.

In questa direzione si muove anche la proposta avanzata da Legambiente e Italia Solare al KeyEnergy 2019, che prevede di introdurre una disciplina sperimentale per alcune delle configurazioni previste dagli articoli 21 e 22 della Direttiva UE 2018/2001, e si applicherebbe ai clienti con minori consumi connessi alla rete in bassa tensione, che sono oltretutto quelli che attualmente pagano l’energia a costi maggiori. Questi clienti potranno associarsi per l’installazione di impianti di produzione di energia da fonte rinnovabile e potranno condividere l’energia autoprodotta. Gli impianti dovranno essere connessi alla stessa rete di bassa tensione. L’energia prodotta da tali impianti sarà immessa nella rete di distribuzione e sarà considerata condivisa nella misura in cui i clienti finali associati consumano simultaneamente alla produzione. Sono previsti vantaggi per l’energia prodotta e consumata istantaneamente proprio in quanto questi soggetti massimizzano l’uso dell’energia rinnovabile ed utilizzano configurazioni capaci di garantire la massima efficienza nell’uso degli impianti e delle reti. Inoltre, le esenzioni previste saranno studiate proprio per evitare aggravi ingiustificati nei confronti degli altri consumatori di energia. Tra gli altri vantaggi proposti troviamo:

  • l’esclusione dai costi di trasmissione, considerata la vicinanza fra consumo e produzione sulla stessa linea di bassa. Lo stesso vale per il compenso a remunerazione delle perdite di rete, in quanto l’energia è prodotta dagli stessi cittadini che la consumano.
  • l’esenzione dal dispacciamento e dal capacity esclusivamente per l’energia autoconsumata istantaneamente, dato che si riduce il peso sul sistema della sicurezza.

Per i clienti non ci saranno sostanziali differenze riguardo le attuali tipologie contrattuali di vendita ma questi potranno ottenere un guadagno sulla differenza fra prezzo al dettaglio e prezzo all’ingrosso, scansando le intermediazioni commerciali. Secondo la proposta, ogni associazione di clienti finali individuerà al proprio interno un soggetto mandatario delegato al riparto dell’energia condivisa fra i clienti finali associati. Tale attività non sarà soggetta alla disciplina regolatoria.

In definitiva, questo sistema non porterà maggiori costi ma, al contrario, la sommatoria dei vantaggi legati alle esenzioni, aggiunta alle detrazioni fiscali ed ai sistemi incentivanti già esistenti, potrebbe superare i 90 €/MWh (9 cent€/kWh), costituendo davvero un’occasione ghiotta.

Di recente, sono stati avviati dei bandi per ottenere contributi regionali da parte dei comuni piemontesi che, da oggi, potranno aggregarsi tra di loro per costituire le cosiddette «comunità energetiche». Il Piemonte è, infatti, la prima Regione in Italia a rendersi promotrice di tale nuova frontiera e a dotarsi di una legge sulle Comunità Energetiche. La Regione, attraverso incentivi ad hoc, si impegna a sostenere finanziariamente la fase di costituzione di tali comunità, le quali potranno anche stipulare delle convenzioni con ARERA, al fine di ottimizzare la gestione e l'utilizzo delle reti di energia. Si prevede, poi, l'istituzione di un Tavolo tecnico permanente fra le comunità energetiche e la Regione al fine di acquisire i dati sulla riduzione dei consumi energetici, sulla quota di autoconsumo e sulla quota di utilizzo di energie rinnovabili.

Un altro caso interessante riguarda la nascita di GECO (Green Energy COmmunity), un progetto di gestione comunitaria dell'energia che vede protagonista il quartiere Pilastro-Roveri di Bologna e che consentirà di ridurre le distanze tra produzione e consumo, promuovendo l’autoconsumo e/o lo scambio interno di energia prodotta in loco. Tra i principali obiettivi c’è quello di rendere il cittadino sempre più “attivo” all’interno del processo di creazione, produzione, distribuzione e consumo dell’energia. L'AESS (Agenzia per l’Energia e lo Sviluppo Sostenibile della Provincia di Modena) è il soggetto coordinatore del progetto, insieme ad UniBo, ENEA, all'Agenzia Locale di Sviluppo Pilastro/Distretto Nord-Est e al CAAB (Centro Agro Alimentare di Bologna), oltre alle imprese/cittadini che decideranno di aderire al progetto. A questi si aggiunge il finanziatore del progetto, Climate-Kic, la comunità nata per diffondere la conoscenza, promuovere l’innovazione nella sfida ai cambiamenti climatici e favorire lo sviluppo e la creazione di una società low- carbon.

Ma il progetto va anche oltre i meri aspetti tecnico/economici, in quanto le comunità di energia rinnovabile potranno rappresentare uno strumento efficace per le situazioni di disagio sociale, sia in termini di garanzia della fornitura energetica sia in termini di opportunità occupazionali nei territori. Al fine di recepire a livello nazionale la direttiva europea, è stato istituito un tavolo nazionale sulle comunità energetiche. Il progetto, cominciato nel settembre del 2019, si concluderà nell’agosto 2022, per un periodo complessivo di 35 mesi.

Per approfondimenti sul progetto GECO:

https://www.aess-modena.it/it/manifesto-geco/

Pannello mono o policristallino: quale scegliere?

modulo fotovoltaico mono policristallino
modulo fotovoltaico mono policristallino

Chiunque si accinga ad installare un impianto fotovoltaico si trova spesso a dover effettuare delle scelte circa il materiale da utilizzare, soprattutto per quanto riguarda la tipologia di modulo. La domanda che ci si pone è: meglio il mono o il policristallino?

In realtà, non si può affermare con assolutezza quale delle due tipologie sia migliore o peggiore, ma è bene conoscere le sostanziali differenze che le contraddistinguono.

In particolare, la principale differenza riguarda il tipo di cella fotovoltaica di cui sono costituite. La cella fotovoltaica è, infatti, l’elemento base per la costruzione di un modulo fotovoltaico. Le tipologie più diffuse di moduli sono caratterizzati da un’interconnessione di circa 60 celle fotovoltaiche. Attraverso un procedimento di pressofusione, le celle vengono incapsulate tra uno strato di vetro ed altri polimeri che fungono da supporto e protezione della cella stessa. I processi di lavorazione ed i materiali impiegati per i moduli delle due tipologie sono del tutto identici.

Nei moduli fotovoltaici monocristallini le celle hanno i bordi smussati e sono costituite da cristalli di silicio monocristallino, tutti orientati nella stessa direzione, in modo che la produzione di energia sia maggiore in presenza di luce perpendicolare. La cella viene ricavata da lingotti di silicio tagliati a fette sottilissime e, successivamente, con una serie di lavorazioni specifiche, viene assemblata all’interno del modulo fotovoltaico. In genere, si riconosce per la particolare colorazione scura, quasi nera.

Diverso è il processo di lavorazione della cella policristallina in cui i cristalli, a differenza del reticolo continuo nella forma monocristallina, si presentano disallineati, riuscendo a sfruttare la luce durante tutto l’arco della giornata. Queste celle hanno una tipica colorazione blu più o meno intensa ed una forma quadrata.

Esiste anche una terza tipologia di modulo ed è quella costituita da silicio amorfo. Essa è particolarmente flessibile rispetto alle tipologie precedenti ma con una resa inferiore di circa il 30%, legata al tipo di lavorazione con cui sono ottenuti i moduli. La loro caratteristica principale è che non sono formati da celle fotovoltaiche, bensì da uno strato di vetro o superficie plastica su cui viene applicato uno strato sottilissimo di silicio (di dimensioni pari al millesimo di millimetro). Questi moduli hanno una colorazione omogenea e scura e si trovano in commercio sia nella tradizionale struttura rigida, sia in forma di rotoli flessibili, molto utili per applicazioni architettoniche particolari.

Ma tornando al quesito principale, come si differenziano a livello di prestazioni il modulo mono e policristallino?

Sicuramente il modulo monocristallino, per le caratteristiche sopra descritte, risulta avere un’efficienza maggiore, a parità di superficie, rispetto al policristallino. Per cui la potenza generata sarà più alta. In base alle diverse esigenze tecniche e progettuali, questo tipo di modulo sarà preferibile nei casi in cui si avrà poco spazio a disposizione per l’installazione degli stessi, senza dover rinunciare ad alta potenza ed efficienza. Inoltre, rispetto alle variazioni di temperatura bisogna ricordare che i pannelli in silicio monocristallino rendono meglio alle basse temperature e sono più efficienti dei moduli policristallini in presenza di un’intensità solare minore. Al contrario, i moduli policristallini producono di più alle alte temperature. La produttività, legata all’energia che riescono a produrre nel lungo periodo è, invece, pressoché identica nelle due tipologie.

A livello di prezzo, in genere, il monocristallino risulta essere un po’ più costoso rispetto al policristallino, essendo i moduli di potenza più elevata.

In conclusione, la scelta fra le due tipologie deve tener conto principalmente del tipo di impianto che si vuole installare, dello spazio di cui si dispone e delle esigenze economiche di chi effettua l’installazione: se si vuole risparmiare, la scelta migliore potrebbe essere quella di optare per il policristallino, mentre, se la superficie a disposizione è limitata e si ha comunque l’esigenza di raggiungere una potenza maggiore, la scelta ricadrà sul monocristallino.

Ma bisogna far attenzione: possono esserci notevoli differenze in base ai diversi modelli e produttori di pannelli fotovoltaici. Esistono moduli policristallini più efficienti di alcuni moduli monocristallini e moduli monocristallini che reagiscono meglio alle alte temperature rispetto ad alcuni pannelli policristallini. Questo fa sì che, spesso, i due tipi di moduli si equivalgano in quanto ad efficienza energetica.

Ecco perché è importante fare una scelta che sia basata soprattutto sulla qualità ed affidarsi ad uno specialista del settore o ad un’azienda che abbia le competenze e l’esperienza per fare una selezione del pannello giusto. Al riguardo, Innova offre un servizio completo e qualificato, per orientare al meglio le scelte del cliente verso le soluzioni più adatte alle specifiche esigenze.

Pensiline e tettoie fotovoltaiche: una soluzione funzionale, innovativa ed ecosostenibile

La pensilina fotovoltaica è una scelta progettuale sempre più diffusa, in quanto esempio ottimale di perfetta integrazione architettonica del fotovoltaico nell’arredo urbano. Svolge una duplice funzione: crea zone protette e ombreggiate per la sosta, come nel caso delle tettoie per auto, e produce energia elettrica senza ostruire gli spazi circostanti.

Tra gli altri vantaggi vi è il fatto che può essere installata con grande facilità, in quanto non necessita di opere edilizie o di interventi murari. Inoltre, i suoi supporti sono facilmente adattabili ad ogni tipologia di terreno. La struttura, generalmente a falda unica e inclinata di circa 5° preferibilmente in direzione Sud – Sud Est al fine di ottimizzarne le prestazioni, può essere costituita da profilati in acciaio sagomati ad omega rovesciata in modo da canalizzare l’acqua durante le precipitazioni ed evitare, in questo modo, sgocciolamenti sotto la copertura. In alternativa, possono essere realizzate anche con una struttura in alluminio o legno lamellare. I pannelli fotovoltaici vengono montati a vista sulla falda e fissati ai profilati senza ulteriori componenti di appoggio in modo che vi sia una migliore aerazione dei moduli. Ciò comporta minori rischi di surriscaldamento e maggiori performance di produzione. Nella pensilina fotovoltaica possono essere infine integrate luci a led per l’illuminazione notturna. Sono davvero tante le soluzioni di design a cui si presta la sua progettazione, dalle forme più tradizionali a quelle moderne ed innovative, adattabili a qualsiasi contesto strutturale ed architettonico.

Come erroneamente si può pensare, questa tipologia di impianto solare è appositamente studiata per resistere a condizioni ambientali estreme, come gelo, grandine o nebbia salina e polveri.

Secondo la normativa, la pensilina o tettoia fotovoltaica è definita come una struttura accessoria posta a copertura di parcheggi o percorsi pedonali. Anche queste, come le pergole fotovoltaiche, devono avere un’altezza minima dal suolo di 2 metri e devono essere di pertinenza di edifici, abitativi o no, o di strutture con qualsivoglia destinazione d’uso. L’ installazione del fotovoltaico integrato nella pensilina, quindi, pur non essendo considerata né impianto “a terra”, né “su edificio”, deve essere comunque pertinenziale e funzionale ad un edificio o altra struttura con qualsiasi destinazione d’uso.

Le applicazioni sono davvero molteplici: da parcheggi fotovoltaici più o meno grandi con immissione dell’energia in rete, a piccoli posti auto dotati di prese di corrente in grado di ricaricare auto, scooter o biciclette elettriche nonché strutture di illuminazione pubblica, nei casi in cui siano dotate di un proprio sistema di accumulo e stoccaggio dell’energia autoprodotta. Le troviamo, inoltre, a servizio di fermate di autobus e tram, nelle stazioni ferroviarie e in molte altre applicazioni in aree pubbliche, tra cui parchi, giardini e piazze.

Si può affermare che l’installazione del fotovoltaico su pensilina è sempre una scelta conveniente anche senza gli incentivi del Conto Energia. Infatti, tramite il sistema di “scambio sul posto” e l’autoconsumo, si possono ottenere notevoli risparmi in bolletta.

Per quanto riguarda i permessi necessari per la sua installazione, è bene fare alcune distinzioni in base alla funzione della struttura e alle sue caratteristiche di permanenza o temporaneità. Importante è, inoltre, considerare se l’area su cui verrà realizzata l’opera presenta particolari vincoli paesaggistici per cui si necessita delle opportune autorizzazioni. In generale, nella maggior parte dei casi, se parliamo di strutture facilmente rimovibili e senza ancoraggi al suolo, siamo nell’ambito dell’edilizia libera per le cui opere è richiesta una semplice dichiarazione di inizio lavori. Al riguardo, si può consultare il Glossario Edilizia Libera (ai sensi dell’art. 1, comma 2 del decreto legislativo 25 novembre 2016 n. 222). In caso contrario, qualora la sua funzione non sia temporanea e si parla di tettoie per auto la cui struttura genera nuove superfici coperte in modo permanente, si dovrà ricorrere al permesso di costruire.

Per qualsiasi tipo di scelta riguardante la costruzione di una pensilina fotovoltaica che abbia le opportune caratteristiche di qualità, efficienza e design innovativo è fondamentale affidarsi a tecnici specializzati nel settore, che vantano un’esperienza pluriennale nella progettazione di tali strutture e nell’installazione di impianti fotovoltaici. Lo staff di Innova saprà guidarvi passo passo nella scelta delle migliori soluzioni tecnologiche e strutturali per la costruzione di una pensilina fotovoltaica nel rispetto del contesto ambientale od urbano circostante.

Il tuo impianto sempre sotto controllo: monitoraggio via remoto

Innova si avvale di un avanzato sistema di telecontrollo che offre ai propri clienti la garanzia assoluta di massimo rendimento economico dell’investimento. Il monitoraggio in tempo reale degli allarmi e delle prestazioni, insieme all'automazione delle azioni che permettono il mantenimento dinamico delle prestazioni ottimali, posiziona i nostri sistemi fotovoltaici al top dell’innovazione sul mercato.

I sistemi fotovoltaici gestiti dal telecontrollo sono monitorati in tempo reale (24 ore su 24). Il sistema di telecontrollo valuta in tempo reale la radiazione solare da satellite e acquisisce molteplici informazioni relative all’impianto. Tale dispositivo è dotato di memoria e di modem GPRS in grado di inviare al sito Web i dati di produzione oraria dell’impianto. Inoltre, fornisce lo stato di funzionamento dell’impianto senza la necessità di interfacciarsi ad inverters o a sensori meteorologici e fornisce via Web la diagnostica dell’impianto.

La produzione attesa viene calcolata sulla base dei dati di irradiazione solare e di altri parametri come la temperatura dei moduli, la direzione e l’intensità del vento, ecc. Sul sito Web, viene così fornito il grado di efficienza dell’impianto in termini di produzione energetica ed in termini di redditività economica.

Innova, accedendo al portale Web, completamente personalizzato, può in ogni momento disporre della diagnostica di ogni singolo impianto. Il sistema consente di accorgersi di possibili inefficienze di produzione e delle conseguenti perdite economiche, riducendo al minimo la possibilità di mancati allarmi grazie all’ausilio della misura satellitare. Tutti i dati registrati dal telecontrollo possono essere esportati e stampati in diversi formati, e i proprietari dei nostri impianti possono facilmente verificarne lo stato e le prestazioni tramite l’accesso Web.

Serra Fotovoltaica

Innova, per andare incontro alle esigenze del mercato dell’agricoltura, propone l'installazione di serre fotovoltaiche. Le ampie superfici delle serre, integrate con sistemi fotovoltaici, massimizzano la profittabilità dell'investimento ed assicurano rendite finanziarie elevate grazie all'autoconsumo e allo scambio sul posto.

La configurazione tipica della serra fotovoltaica prevede, sulla falda del tetto esposta a sud, l’installazione o di moduli fotovoltaici cristallini oppure di vetro temperato-tedlar trasparente. Questi vetri hanno caratteristiche meccaniche superiori a quelle del normale vetro per serra e presentano trasparenze fino al 40% della superficie. La loro resa, tuttavia, è inferiore rispetto ai moduli tradizionali.

Vantaggi

  • Massima profittabilità degli spazi occupati dalle serre;

  • Rapido ritorno di investimento grazie all'autoconsumo e allo scambio sul posto;

  • Utilizzo dell’energia elettrica a costo zero per i possessori della serra, in quanto prodotta dall’impianto sulla copertura;

  • Risposta efficace alle richieste delle normative agricole regionali che prevedono l’utilizzo progressivo delle energie rinnovabili.

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