IMPIANTO FOTOVOLTAICO
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PROGETTAZIONE PROGETTO
IMPIANTO FOTOVOLTAICO FOTOVOLTAICO
Domanda cruciale: Posso installare un impianto ad energia solare? (Richiesta presso Comune / cantone) Se alla domanda cruciale viene risposto «sì»:
Orientamento della superficie solare (www.swissolar.ch / Calcolatore energia solare)
verso sud
verso est/ovest
tetto verso nord
> 15 m2
15 m2
< 2 m2
Superficie disponibile (tetto, facciata ecc.)
Ø Irraggiamento solare annuo > 1100 kWh/m2
Grado di auto-approvvigionamento tramite impianto fotovoltaico. Nel trimestre (calcolatore energia solare: www.swissolar.ch)
> 60%
800–1000 kWh/m2
60 %
< 800 kWh/m2
< 20%
MICROTURBINA PELTON Processo di autorizzazione (www.e-kantone.ch) nessuno
semplice
compiesso
bassi
medi
alti
bassi
medi
alti
si
in parte
nessuno
si
in parte
nessuno
Costi di investimento e di esercizio
Interessi sul capitale
Agevolazione fiscale (Comune, cantone)
Incentivi (www.e-kantone.ch)
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GENERALITA’ In un’ora il sole irraggia sul nostro pianeta tanta energia quanta l’intera umanità ne consuma in un anno. Con soltanto 0,1% di energia solare, trasformata in energia utilizzabile, verrebbe soddisfatto l’intero fabbisogno mondiale di energia. Per la produzione di energia su tale scala il 3–4 % della superficie del deserto dovrebbe essere sfruttata dal punto di vista fotovoltaico.
Differenza tra corrente solare e calore solare In linea di principio si distingue tra due forme di impianti solari: una produce energia elettrica, l’altra produce calore. Negli impianti a corrente solare, tramite l’utlilizzo di moduli solari, si trasforma l’energia solare direttamente in energia elettrica. Questa tecnica si chiama «fotovoltaica». Il calore solare (solare termico) si ottiene invece con i cosiddetti «collettori solari». Nei collettori solari scorre un liquido che si riscalda e che viene trasportato all’accumulatore (scaldacqua) dove cede il suo calore all’acqua.
Fattore d’insicurezza «meteo»
L’ubicazione di un impianto a corrente solare influisce direttamente sulla potenza ottenibile e sulla resa. La luce del sole sulla superficie terrestre è composta da una parte diretta ed una diffusa. In base alla presenza di nuvole e all’orario del giorno sia la potenza dell’irraggiamento che la percentuale di irraggiamento diretto e diffuso possono variare molto. In caso di bel tempo domina l’irraggiamento diretto, se il cielo è molto nuvoloso o in caso di nebbia a prevalere è l’irraggia- mento diffuso. La percentuale media dell’irraggia- mento diffuso in Svizzera è pari a circa 50 %. Alle nostre latitudini inoltre l’orbita solare varia molto nell’arco di un anno: in estate il sole sale al massimo a circa 67° di altezza, mentre in inverno arriva appena a circa 20°. Potenziale fotovoltaico Secondo l’ultimo «Trends Report dell’ IEA Photovoltaic Power System Programme» alla fine del 2012 su scala mondiale erano installati 100 GW di potenza di impianti fotovoltaici, di cui 30 GW aggiunti nel solo 2012. Le stime della Agenzia internazionale dell’energia (IEA) indicano un’ulteriore crescita, anche se rallentata. Nel futuro prossimo si prevede una crescita globale tra 40 e 100 GW ogni anno.
ENERGIA SOLARE A causa delle variazioni giornaliere e stagionali della produzione, l’energia solare non è in grado di coprire da sola i fabbisogni elettrici. Ma in combinazione con le altre fonti energetiche, preferibilmente rinnovabili quali la geotermia, l’idroelettrico, l’eolico, il cippato di legno, ecc., e le tecnologie per l’accumulo, essa può dare un contributo importante.
Come funziona il fotovoltaico? La classica cella solare cristallina a base di silicio è com- posta da due strati di silicio sovrapposti, tra i cui strati si crea una differenza di potenziale. Grazie all’irraggiamento solare, gli elettroni liberi si muovono dallo strato con il livello di potenziale più basso allo strato con il livello più alto. Questa differenza di potenziale può quindi essere utilizzata per generare corrente attraverso un circuito elettrico. Per creare un livello di tensione ben sfruttabile, si collegano in serie un numero opportuno di celle solari. Per ottenere una tensione di esercizio di 200 V è necessario collegare in serie circa 400 celle solari in silicio. L’intensità della corrente dipende dall’intensità della luce del sole, dal rendimento e dalla dimensione della cella solare stessa. Oggi i valori tipici si aggirano intorno a 5/8 A per cella.
Gli impianti fotovoltaici sono costituiti da diversi componenti, i quali devono essere combinati tra di loro in maniera ottimale: Generatore fotovoltaico Il generatore fotovoltaico trasforma la luce del sole che lo raggiunge in energia elettrica. Esso è composto dalla parte ben visibile, i moduli solari, e dal cablaggio a corrente continua e la sottostruttura. Convertitore Il convertitore è l’anello di giunzione alla rete. Trasforma la corrente continua prodotta dai moduli solari in corrente alternata conforme alla rete. Diverse tecnologie Lo sviluppo ha prodotto un’ampia gamma di tecnologie delle celle solari. In linea di principio si distingue tra celle solari cristalline e celle a film sottile. Le celle monocristalline sono quelle con il rendimento più elevato. Con una quota di mercato di circa 80 % rappresentano la più importante tecnologia fotovoltaica. Le celle a film sottile esistono in molte varianti e in diversi materiali e composizioni. Permettono l’applicazione anche su supporti flessibili. Il loro rendimento è tuttavia inferiore rispetto a quello delle celle solari cristalline.
ENERGIA SOLARE Impianto collegato alla rete o in isola Se un impianto è collegato alla rete elettrica pubblica, si parla di un impianto in parallelo rete. L’elettricità solare scorre tramite il convertitore direttamente nella rete elettrica pubblica e viene consumata sul posto oppure fornita via rete ad altri utenti. Questa brochure si con- centra sugli impianti collegati alla rete. Gli impianti in isola («standalone») non sono collegati alla rete elettrica pubblica. La corrente prodotta dall’impianto serve al proprio fabbisogno, viene quindi direttamente utilizzata o accumulata, generalmente in una batteria. Un impianto in isola viene utilizzato soprattutto nei rifugi alpini, nelle case di vacanza o anche in parchimetri, lampioni discosti, ecc.
L'efficienza dei pannelli fotovoltaici varia molto a seconda della tecnologia della cella, e per i tipi "normali" (cioè monocristallini, policristallini, film sottile) dipende dalla temperatura ambiente: più quest'ultima è alta e più l'efficienza si riduce. Mentre, per gli innovativi pannelli a concentrazione basati sulle moderne celle multi giunzione, l'efficienza aumenta al crescere del livello di concentrazione della luce. Si tenga presente, infine, che per svariate ragioni l''efficienza effettiva di un pannello è sempre inferiore a quella delle celle fotovoltaiche che lo compongono.
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MICROCRISTALLINO I PANNELLI FOTOVOLTAICI
monocristallini sono moduli rigidi con numerose celle solari affiancate - in genere da 30 a 70 - ricoperte da una lastra di vetro protettiva dagli agenti atmosferici e sono circondati da una cornice normalmente di alluminio per dare robustezza. L'efficienza di conversione della luce in energia elettrica da parte dei pannelli monocristallini è di circa il 13-17%, e rimane quasi costante anche per 25 anni o più, ma si abbatte molto in caso di ombre anche parziali. Come superficie occupata dai pannelli, su tetti in condizioni ideali (cioè esposti verso Sud e inclinati di circa 30°), possiamo considerare circa 6 mq /kWp.
Richiedono molta energia per essere prodotti, tanto che occorrono ben 3-6 anni di utilizzo per restituirla, perciò sono i pannelli comuni più costosi. Poiché occupano meno spazio (e sono leggermente più efficienti) dei pannelli policristallini ma costano di più, vengono generalmente impiegati soprattutto quando la superficie disponibile risulta un fattore determinante. Di norma vengono utilizzate in impianti di potenza superiore ai 100 kW.
POLICRISTALLINI
I pannelli fotovoltaici policristallini detti anche pannelli in silicio multi cristallino - insieme ai pannelli monocristallini rappresentano prodotti di ottima qualità e costituiscono una fetta molto importante del mercato attuale. L'efficienza di conversione della luce in energia elettrica da parte dei pannelli monocristallini è di circa il 12-14%, e come per i monocristallini rimane quasi costante anche per 25 anni o più, ma si abbatte molto in caso di ombre che ricoprano anche solo una piccola porzione del pannello. Come superficie occupata dai pannelli, se utilizzati su tetti in condizioni ideali (esposti verso Sud e inclinati di circa 30°), possiamo considerare circa 8 mq /kWp. Poiché presentano un buon compromesso tra rendimento, costo e superficie occupata - rispetto ai moduli in film sottile realizzati con silicio amorfo hanno un rendimento quasi doppio, per cui occupano quasi metà spazio a parità di energia prodotta - sono pannelli molto utilizzati sia negli impianti residenziali che nei grandi parchi fotovoltaici.
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FILM SOTTILI
I pannelli fotovoltaici in film sottile sono moduli dello spessore di pochi millimetri esteticamente abbastanza simili a quelli mono e policristallini, rispetto ai quali però, oltre ad essere più economici (del 25-40% circa), hanno anche un minore rendimento e un più rapido degrado nel tempo. Ma il film sottile è una tecnologia che permette di ottenere anche vere e proprie "strisce" di materiale fotovoltaico flessibile (dunque ideale per tetti curvi), leggero e facile da integrare nella struttura a cui è destinato. L'efficienza di conversione della luce in energia elettrica da parte dei pannelli in film sottile realizzati con il silicio amorfo va dal 6 al 10% circa. In caso di ombre, rendono di più dei pannelli mono- e policristallini, e il degrado delle prestazioni non deve superare - in base alla garanzia - il 20% nei primi 20 anni di funzionamento. Come superficie occupata dai pannelli in silicio amorfo, su tetti in condizioni ideali (esposti verso Sud e inclinati di circa 30°), si consideri con i meno efficienti fino a 20 mq /kWp.
I PANNELLI A CONCENTRAZIONE
I pannelli fotovoltaici a concentrazione - comunemente noti anche come "concentratori solari" - sono innovativi pannelli solari piani che utilizzano concentratori ottici quali, ad es., lenti di Fresnel o riflettori parabolici (tipicamente realizzati in plastica) per concentrare la radiazione solare su una superficie piuttosto piccola, dove viene trasformata in energia elettrica da una cella fotovoltaica multi giunzione, caratterizzata da un'efficienza più che doppia rispetto ai pannelli fotovoltaici al silicio tradizionali. Dunque, è possibile ottenere la stessa quantità di energia di un pannello normale con uno a concentrazione di superficie più piccola. Inoltre, nei pannelli a concentrazione ciascuna cella fotovoltaica continua a funzionare a piena potenza anche se le altre celle del modulo sono ombreggiate o addirittura coperte con un oggetto. I sistemi di raffreddamento più usati sono passivi, ed utilizzano la semplice convezione dell'aria. I pannelli sono montati su un sistema di inseguimento biassiale ad alta precisione.
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NUOVA GENERAZIONE
Applicazioni di make-up cutanei agli edifici esistenti, con l'inserimento di pannelli solari secondo diversi stili: tattoo come arte grafica, graffiti come segni urbani, trompe l'oeil come espressione artistica, arte stilizzata come sintesi estetica.
URBAN SKIN
La diffusione degli impianti fotovoltaici diventa occasione per rivitalizzare episodi metropolitani grigi e obsoleti, per riempire le città di luce, vestire le facciate di colore, restituire bellezza agli involucri. La realizzazione dei pannelli si avvale di un nuovo tipo di celle fotovoltaiche che permettono di catturare la luce da tutte le direzioni, celle sferiche di dimensioni ridottissime che possono essere integrate nel vetro, dando origine a moduli flessibili, ma possono anche essere inglobate nei pannelli di rivestimento degli edifici. Questa tecnologia conosciuta con il nome di Sphelar (Spherical Solar Cell), è brevettata dall'azienda giapponese Kyosemi Corporation. La procedura di creazione consiste nel far precipitare su un supporto di vetro, gocce in silicio fuso
che cadendo solidifica ed evita lo spreco di materiale derivante dalla lavorazione. Urban Skin è un sistema di pannelli solari fotovoltaici di varie dimensioni e colori, realizzati con un mix di lavorazioni del vetro che abbinano la tecnologia Sphelar ai processi tecnologici di fusione del colore ad alte temperature. Il colore fuso nelle lastre è fotostabile e apre nuove possibilità di rivestimento, partizione, lavorazione in esterni. L'effetto finale è quello di un pannello in vetro colorato con all'interno delle micro sfere iridescenti da installare sulla pelle degli edifici con staffe metalliche derivate dai sistemi costruttivi delle facciate ventilate. Le strutture di sostegno sono invisibili perché nascoste dalle lastre stesse. Il migliore rendimento delle micro sfere fotovoltaiche permette di ridurre la superficie dei pannelli e intervenire in modo libero e puntuale sul volto degli edifici per valorizzare la percezione visiva di scorci urbani.
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SISTEMA MODULARE FLESSIBILE Il progetto vuole risolvere l'esigenza diffusa di energia termica ed elettrica, anche su piccola scala, valorizzando l'aspetto estetico, oltre a quello funzionale di generare energia. Bellezza e utilità sono le componenti della nuova generazione di pannelli fotovoltaici per integrare le energie rinnovabili all'architettura, stimolando finalmente anche una progettualità decorativa e una sensibilità più collettiva. L'architettura deve sorprendere e abbellire la vita, ogni piccolo progetto deve concorrervi, forse così sarà migliore.
Il progetto, di Alessandro Villa e Sonia Maritan, è stato premiato alla competizione "Designers Show", indetta nel 2010 dalla La Camera di Commercio di Monza & Brianza presso l'Autodromo di Monza.
VETRO FOTOVOLTAICO
Vetri fotovoltaici: i pannelli solari che lasciano passare la luce Quando si pensa ai pannelli solari, viene in mente un’estensione di rettangoli neri che coprono le superfici, oscurando tutto quello che si trova al di sotto. Queste però sono le tradizionali celle fotovoltaiche. Ora però, esistono, grazie all’evoluzione della tecnologia in questo ambito, anche i “vetri fotovoltaici”.
I vetri fotovoltaici sono in grado di assorbire la luce grazie ad una speciale vernice trattata con gel di silicio amorfo che trasforma i pannelli in semiconduttori. La tecnologia oggi ha consentito di rendere i vetri di una trasparenza tale da poter essere utilizzabili anche nelle abitazioni. Anche il costo è abbordabile e si aggira sulla metà del tradizionale pannello fotovoltaico.
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PARCHEGGIO FOTOVOLTAICO La struttura è composta da profili in alluminio anodizzato argento e giunti in acciaio trattati con cataforesi e verniciatura a polvere di poliestere, trattamento utilizzato dalle case automobilistiche per proteggere i componenti presenti nella parte inferiore esterna delle auto. NON NECESSITA PERTANTO DI INTERVENTI DI MANUTENZIONE. La struttura è disponibile in una VASTA GAMMA DI COLORI: struttura - colori disponibili SI INSTALLA VELOCEMENTE SENZA SCAVI DI FONDAZIONE, in quanto le basi in cemento (670 kg/cad.) di cui è dotata vengono fissate a terra con tasselli o picchetti in base alla consistenza del terreno. La copertura è modulare e si adatta a parcheggi di qualsiasi dimensione. L'assetto strutturale permette un perfetto equilibrio statico conferendole ALTISSIME RESISTENZE ALLE SOLLECITAZIONI DEI CARICHI NEVE E VENTO. La struttura è dotata di CALCOLI STATICI; GARANZIA 15 ANNI. HANNO ADERITO
Ideale per sponsorizzazioni, in quanto la struttura portante è predisposta per l'installazione di grandi spazi pubblicitari; a richiesta sono disponibili barre a LED per l'illuminazione notturna. Il PREZZO è decisamente COMPETITIVO rispetto le pensiline attualmente presenti sul mercato. DESIGN PERSONALIZZABILE E RAFFINATO: "PensilAuto" è predisposta per supportare coperture rigide aggiuntive, come pannelli fotovoltaici, pannelli in policarbonato, ecc. Ogni componente è stato disegnato facendo attenzione a mantenere una certa purezza delle linee, ricercando una forma sobria ed elegante capace di adattarsi a qualsiasi contesto architettonico.
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