ENERGIA DAL SOLE
I dispositivi che consentono di ricavare direttamente energia dal sole sono di diversi tipi: i pannelli solari per produrre acqua calda, i sistemi fotovoltaici per produrre elettricità, gli specchi concentratori per produrre calore ad alta temperatura da utilizzare in centrali elettriche.
La tecnologia fotovoltaica, che consente di trasformare direttamente la “luce” del sole in energia elettrica, è tra le più innovative e promettenti a medio e lungo termine.
Gli impianti fotovoltaici producono elettricità là dove serve, non necessitano di alcun combustibile, non richiedono praticamente manutenzione e offrono il vantaggio di essere costruiti “su misura”, secondo le reali necessità dell’utente.
Il costo degli impianti, piuttosto elevato, può essere recuperato grazie alla lunga durata degli stessi, alla gratuità della fonte e all’inesistente impatto ambientale.
QUANTA ENERGIA?
All’interno del sole, a temperature di alcuni milioni di gradi centigradi, avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione, che sprigionano enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche.
L’energia irradiata si propaga nello spazio, e dopo aver attraversato l’atmosfera arriva al suolo con una intensità mediamente pari, in funzione dell’inclinazione del sole sull’orizzonte, a circa 1.000 W/m2 (irraggiamento al suolo, in condizioni di giornata serena e sole a mezzogiorno).
Questo enorme flusso di energia che arriva sulla Terra è pari a circa 15.000 volte l’attuale consumo energetico mondiale.
Di questa energia solo una parte può essere trasformata in energia utile.
LA RADIAZIONE UTILE
La quantità di energia solare che arriva sulla superficie terrestre e che può essere utilmente “raccolta” da un dispositivo fotovoltaico dipende dall’irraggiamento del luogo.
L’irraggiamento è, infatti, la quantità di energia solare incidente su una superficie unitaria in un determinato intervallo di tempo, tipicamente un giorno (kWh/m2/giorno).
Il valore istantaneo della radiazione solare incidente sull’unità di superficie viene invece denominato radianza (kW/m2)
L’irraggiamento è influenzato dalle condizioni climatiche locali (nuvolosità, foschia ecc..) e dipende dalla latitudine del luogo: come è noto cresce quanto più ci si avvicina all’equatore.
In Italia, l’irraggiamento medio annuale varia dai 3,6 kWh/m2/giorno della pianura padana ai 4,7 kWh/m2/giorno del centro Sud e ai 5,4 kWh/m2/giorno della Sicilia.
FLUSSO DI ENERGIA FRA IL SOLE, L’ATMOSFERA E LA SUPERFICIE TERRESTRE:
- 25% Riflessa dall’atmosfera
- 5% Riflessa dal terreno
- 25% assorbita dall’atmosfera
- 18% diffusa nell’atmosfera
- 27% direttamente assorbita dalla superficie della terra
Nel nostro paese, quindi, le regioni ideali per lo sviluppo del fotovoltaico sono quelle meridionali e insulari.
Anche se, per la capacità che hanno di sfruttare anche la radiazione diffusa, gli impianti fotovoltaici
possono essere installati anche in zone meno soleggiate.
In località favorevoli è possibile raccogliere annualmente circa 2.000 kWh da ogni metro quadro di superficie, il che è l’equivalente energetico di 1,5 barili di petrolio per metro quadrato.
IL GENERATORE FOTOVOLTAICO
È costituito da un insieme di moduli fotovoltaici collegati in modo da ottenere i valori di potenza e tensione desiderati.
I moduli sono costituiti da un insieme di celle.
In commercio, attualmente, i più diffusi sono costituiti da 36 celle di silicio mono e policristallino disposte su 4 file parallele collegate in serie. Hanno superfici che variano da 0,5 ad 1 m2.
Più moduli collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura rigida ancorabile al suolo
o ad un edificio.
Un insieme di pannelli, collegati elettricamente in serie costituisce una stringa.
Più stringhe, collegate generalmente in parallelo, per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico.
LE APPLICAZIONI DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI
Gli impianti fotovoltaici sono dunque sistemi che convertono l’energia solare direttamente in energia elettrica, senza ricorrere alla tecnologia di produzione tradizionale che sfrutta i combustibili fossili.
Le potenze generate da questi dispositivi variano da pochi a diverse decine di Watt, a seconda delle dimensioni e delle tecnologie adottate.
Secondo il tipo di applicazione a cui l’impianto è destinato, le condizioni di installazione, le scelte impiantistiche, il grado di integrazione nella struttura edilizia con cui si interfaccia, si distinguono varie tipologie di impianto.
SISTEMI ISOLATI (STAND-ALONE)
Sono i sistemi non collegati alla rete elettrica e sono costituiti dai moduli fotovoltaici, dal regolatore di carica e da un sistema di batterie che garantisce l’erogazione di corrente anche nelle ore di minore illuminazione o di buio. La corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua. Se l’utenza è costituita da apparecchiature che prevedono una alimentazione in corrente alternata è necessario anche un convertitore, l’inverter.
SISTEMI COLLEGATI ALLA RETE
Sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l’energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l’energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, il surplus viene trasferito alla rete e contabilizzato. Negli impianti integrati negli edifici vengono installati due contatori per contabilizzare gli scambi fra l’utente e la rete. Un inverter trasforma l’energia elettrica da corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico, in corrente alternata.
I sistemi connessi alla rete, ovviamente, non hanno bisogno di batterie perché la rete di distribuzione sopperisce alla fornitura di energia elettrica nei momenti di indisponibilità della radiazione solare.
QUANTA ENERGIA PRODUCE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
La quantità di energia prodotta da un generatore fotovoltaico varia nel corso dell’anno e dipende da una serie di fattori come la latitudine e l’altitudine del sito, l’orientamento e l’inclinazione della superficie dei moduli, e le caratteristiche di assorbimento e riflessività del territorio circostante.
A titolo indicativo alle latitudini dell’Italia centro-meridionale un metro quadrato di moduli può produrre in media 0,3-0,4 kWh al giorno nel periodo invernale, e 0,6-0,8 in quello estivo.
I BENEFICI AMBIENTALI
L’energia elettrica prodotta con il fotovoltaico ha un costo nullo per combustibile: per ogni kWh prodotto si risparmiano circa 250 grammi di olio combustibile e si evita l’emissione di circa 700 grammi di CO2, nonché di altri gas responsabili dell’effetto serra, con un sicuro vantaggio economico e soprattutto ambientale per la collettività .
Si può valutare in 30 anni la vita utile di un impianto (ma molto probabilmente essi dureranno molto di più); il che significa che un piccolo impianto da 1,5 kWp, in grado di coprire i due terzi del fabbisogno annuo di energia elettrica di una famiglia media italiana (2.500 kWh), produrrà, nell’arco della sua vita efficace, quasi 60.000 kWh, con un risparmio di circa 14 tonnellate di combustibili fossili, evitando l’emissione di circa 40 tonnellate di CO2.