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Energia fotovoltaico : 

Energia fotovoltaico

Svolgimento : 

Svolgimento Uno dei problemi più importanti del xx secolo è la disponibilità di energia . L’attuale fonte approvvigionamento è il combustibile fossile (petrolio, gas ecc ). Le riserve attuali di questa fonte di energia sono limitate e probabilmente tra 10 o 20 anni si esauriranno, occorre quindi trovare delle fonti energetiche alternative e rinnovabili cioè che siano inesauribili. Tra le energie alternative rinnovabili possiamo elencare l’energia solare, l’energia eolica, l’energia idrica e l’energia geotermica. Tra queste quelle che presentano i maggiori vantaggi e le migliori prospettive di sviluppo futuro è l’energia fotovoltaica, la quale produce energia elettrica per mezzo di appositi pannelli che convertono l’energia solare.

Un po’ di storia : 

Un po’ di storia La scoperta dell’effetto fotovoltaico risale al 1839 dalle esperienze del fisico francese Edmond Becquerel. Nel 1883 l’inventore statunitense Charles Fritz produce una cella solare di circa 30cm2 a base di selenio con una efficienza dell’1-2 %. Nel 1905 il fisico austriaco Albert Einstein, pubblicò la sua teoria sull’effetto fotovoltaico che gli porterà il premio nobel. L’idea di sfruttare l’effetto fotovoltaico non ebbe modo di svilupparsi, finché non si poté operare con materiali che avessero un migliore rendimento. La prima cella solare commerciale in silicio nacque nel 1954. Nel 1963 l’industria giapponese SHARP produce i primi moduli fotovoltaici commerciali.

Perché è vantaggiosa l’energia solare ? : 

Perché è vantaggiosa l’energia solare ? 1)Ogni istante il sole trasmette sull’orbita terrestre 1367 w per mq. La quantità di energia solare che arriva nel suolo terrestre e quindi enorme , circa 10000 volte superiore a tutti l’ energia usata dall’umanità nel suo complesso. 2) Il sole è una fonte inesauribile per il momento. 3) L’energia solare è distribuita in modo uniforme sul nostro paese.

Che cos’è un impianto fotovoltaico ? : 

Che cos’è un impianto fotovoltaico ? E’ un impianto per la produzione di energia elettrica tramite conversine dell’energia solare incidente sulla terra mediante l’effetto fotovoltaico. L’effetto fotovoltaico è un processo che utilizza il fenomeno fisico dell’interazione di un fotone (unità elementare di luce) con gli elettroni esterni di alcuni materiali (semiconduttori) che, grazie all’energia ricevuta dal fotone si liberano dall’atomo originale lasciando la loro posizione (lacuna) , gli elettroni degli atomi vicini si spostano occupando le posizioni (lacuna) che erano degli atomi adiacenti e così via. Si origina così un flusso di elettroni che crea una differenza di potenziale tra le superfici di materiali. Questa caratteristica che è tipica dei materiali semiconduttori tra cui il più utilizzato è il silicio, molto comune nelle sabbie del nostro pianeta, materiale principale per la costruzione di dispositivi elettronici.

Celle fotovoltaiche : 

Celle fotovoltaiche

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La cella fotovoltaica è il mezzo dove si verifica il processo di conversione dell’energia solare in energia elettrica. Consiste in una lastra di materiale semiconduttore (comunemente silicio) che trattato in modo opportuno origina una differenza di potenziale tra superficie superiore e quella inferiore. Il dispositivo più elementare capace di adoperare una conversione in energia elettrica da energia solare e la cella fotovoltaica, questa è in grado di produrre una potenza di circa 1,5 watt in condizioni standard; vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25 gradi ed è sottoposta ad una potenza della radiazione pari a1000 watt/mq

Tipi di celle solari : 

Tipi di celle solari Esistono fondamentalmente 3 tipi di celle solari, diverse per costituzione e caratteristice queste sono: celle monocristalline, celle policristalline e celle amorfe. Elenchiamo di seguito le principali caratteristiche.

Celle monocristalline : 

Celle monocristalline Vengono prodotte tagliando una barra monocristallina; il vantaggio principale è un altro rendimento(fino al 16℅) questo tipo di cella è però molto costoso a causa del complicato processo di produzione. Le celle monocristalline sono caratterizzate usualmente da una omogenea colorazione blu.

Celle policristalline : 

Celle policristalline vengono colati in blocchi e poi tagliate in dischetti, il rendimento non è molto alto (10-12℅) ma si ha il vantaggio di avere un prezzo molto vantaggioso. Questo tipo di cella è riconoscibile da un disegno geometrico ben distinguibile è una colorazione grigio scura.

Celle amorfe : 

Celle amorfe Vengono prodotte mediante deposizione captica di atomi di silicio su una piastra di vetro, questo tipo di cella ha un rendimento basso (4-8℅) Ma si adatta molto bene in caso di irraggiamento diffuso ( celo coperto). Le celle cosi prodotte sono riconoscibili da un caratteristico colore scuro, inoltre sono realizzabili in qualsiasi forma geometrica ( forme circolari, ottogonali, irregolari e persino convesse.

Dimensionamento di un impianto fotovoltaico : 

Dimensionamento di un impianto fotovoltaico Il dimensionamento e i calcoli di un impianto fotovoltaico richiedono molto impegno e soprattutto è necessario un’accurata visito del luogo di installazione. Nel dimensionamento entrano in gioco molteplici fattori, per esempio :

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1) posizione geografica dell’impianto ( latitudine e longitudine )

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2) irraggiamento solare (durata giornaliera , intensità ) 3) temperatura ambientale media (anche la temperatura influenza il rendimento di un impianto)

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4) superficie a disposizione ;se si dispone di uno spazio sufficiente grande si possono impiegare moduli più conveniente economicamente ma con un rendimento minore e che occupa uno spazio maggiore .

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5) fabbisogno energetico degli apparecchi allacciati ; è importante scegliere dei apparecchi a basso consumo energetico come lampade fluorescenti compatte a risparmio, elettrodomestici di classe A ecc… Un fabbisogno energetico minore comporta un impianto fotovoltaico più piccolo e quindi un minore costo d’acquisto.

I costi di un impianto : 

I costi di un impianto Le voci che costituiscono il costo di un sistema fotovoltaico sono : costo di investimento ; costo di esercizio ( manutenzione e personale ); altri costi ( assicurazione e tasse ). Il costo di investimento e in prima approssimazione diviso al 50% tra i moduli ed il resto del sistema. Nel corso dell’ultimo decennio il prezzo dei moduli è notevolmente diminuito, questo si è verificato grazie alla produzione industriale su larga scala dovuta alla crescita del mercato. Il prezzo del KW insellato può variare dei 4000 ai 5000 euro è ovviamente dipende dalla dimensione dell’impianto, più grande sarà l’impianto minore sarà il prezzo di ogni KW installato. Il fotovoltaico si prevede che possa avere una larga diffusione, questo per due motivi: l’abbassamento dei prezzi dei moduli la forte incentivazione da parte dello stato il quale sempre più mette in atto politiche ecologiche ed il fotovoltaico rappresenta il naturale sfruttamento per l’assenza di emissioni dannose.

Com’è formato un impianto foto-voltaico : 

Com’è formato un impianto foto-voltaico Un impianto fotovoltaico è formato da: 1)Moduli fotovoltaici : sono i pannelli che formano il campo fotovoltaico, i quali convertono direttamente la luce solare in energia elettrica sfruttando le proprietà del materiale di cui sono composti (silicio).

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2)Strutture di sostegno e ancoraggio: sono le strutture che sorreggono i moduli e li orientano. Queste strutture possono essere di alluminio o di acciaio zincato a caldo e vengono fissate alle superfici di appoggio tramite zavorre, viti da terreno o ancoraggi vari. Esistono in commercio delle strutture di sostegno mobili che permettono al pannello di controllo di "inseguire" il sole durante l’ arco della giornata ad avere cosi la massima efficienza di produzione. 3) Inverter: Il pannello fotovoltaico trasforma l’energia solare in corrente elettrica continua, questa per poter essere sfruttata dalle normali apparecchiature elettriche deve essere convertita in corrente alternata. Questa è la funzione dell’inverter cioè un convertitore da corrente continua a corrente alternata(50 HZ). Gli inverter solitamente possiedono dei dispositivi di protezione e di interfaccia che determinano lo spegnimento dell’impianto in caso di anomalia o disturbi di rete. 4)Sistema di controllo: E’un dispositivo di controllo elettronico che comunica con l’inverter e con eventuali trasduttori, mediante il quale e possibile tenere sottocontrollo il funzionamento dell’impianto. 5)Misuratori di energia: Sono i contatori che vengono installati sulle linee elettriche e misurano l’ energia prodotta dell’impianto fotovoltaico. 6) Quadri elettrici e cavi di collegamento: L’impianto fotovoltaico è completato dal quadro elettrico dove sono installati i dispositivi di sezionamento e protezione (Interruttori, Fusibili, Diodi), i cavi elettrici di collegamento che vengono innestati sui pannelli attraverso opportuni connettori, ed infine la rete di messa a terra che serve per proteggere gli utenti dai contatti indiretti.

Installazione dell’impianti : 

Installazione dell’impianti Gli impianti fotovoltaici possono essere posizionati sia a terra e sia sui tetti di edifici e sia sulle facciate. La decisione in merito alla fattibilità tecnica dell’ installazione deve essere presa in sede al sopralluogo per verificare l’esistenza dei seguenti requisiti: 1)Disponibilità dello spazio necessario per ospitare i moduli, attualmente per ogni KW di potenza installata servono circa 7 m2 di moduli. 2)Assenza di alberi o altri elementi strutturali che possono creare zone di ombreggiatura. 3)Corretta esposizione e inclinazione della superficie fotovoltaica, questi 2 parametri dipendono dal luogo di installazione dei moduli o meglio dalla sua posizione geografica(LATITUDINE- LONGITUDINE), in Italia ci troviamo nell’emisfero settentrionale ad una latitudine tale che l’inclinazione attuale dei moduli deve essere 30-35 gradi e l’esposizione dovrà essere verso sud.

Principali vantaggi dell’impianti foto-voltaici : 

Assenza di emissioni inclinati di qualsiasi tipo; Assenza di utilizzo di combustibili fossili per la produzione di energia; Affidabilità e durata dell’impianto poiché non esistono parti in movimento, i produttori generalmente garantiscono i pannelli per 20 anni Minimi costi di manutenzione, Modularità dell’impianto(per aumentare la potenza dell’impianto, basta aumentare il numero di moduli); Si possono evitare le perdite di energia dovute al trasformer, poiché nella maggior parte dei casi il campo fotovoltaico può essere installato vicino agli utilizzatori della stessa energia. Principali vantaggi dell’impianti foto-voltaici

Principali svantaggi dell’impianti foto-voltaici : 

Principali svantaggi dell’impianti foto-voltaici Variabilità della fonte energetica , in quanto l’irraggiamento solare dipende dalle condizioni metereologiche Elevata superficie occupata rispetto alla potenza installata Elevati investimenti finanziari iniziali .

Tipi di impianti : 

Tipi di impianti Gli impianti fotovoltaici possono essere di due tipologie: ad isola (Stand Alon) oppure connessi in rete (Grid connectiv).

Descrizione dell’impianto ad isola : 

Descrizione dell’impianto ad isola In questi impianti l’energia generata viene usata per alimentare direttamente gli utilizzatori elettrici. Questi impianti vengono utilizzati principalmente nelle zone non raggiunte dalla rete elettrica oppure su strutture mobili quali caravan o barche. In questi impianti l’energia fornita dal modulo e non è completamente utilizzata dal carico viene usata per caricare degli accumulatori elettrici (batterie al piombo). L’energia prodotta e di tipo continuo e per poter utilizzarla nelle normali apparecchiature elettriche occorre convertirla in alternata, a questo scopo si utilizza un inverter. Un semplice impianto fotovoltaico isolato è composto dai seguenti elementi :

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celle solari: per la trasformazione di energia solare in elettrica per ottenere una maggiore potenza vengono collegate fra loro diverse celle ; regolatore di cariche: è l’apparecchio elettronico che regola il ciclo di carica e scarica di una batteria: nella sua batteria è piena e può derivare l’energia prodotta dalle celle fotovoltaiche viceversa quando la potenza delle celle fotovoltaiche diminuisce sotto il valore minimo (ore serali) deriva l’alimentazione del carico elettrico sulle batterie. Accumulatore: sono i magazzini di energia di un impianto fotovoltaico, essi forniscono l’energia elettrica quando i moduli fotovoltaici non sono più in grado di produrre per mancanza di irraggiamento solare. Inverter: trasforma la corrente continua in corrente alternata alla frequenza di 50Hz. Quadro elettrico: serve a contenere l’apparecchiature di misura, sezionamento, protezione e comando dell’impianto elettrico (amperometro, voltometro, vattometro, contatore di energia, interruttore magneto termici e scaricatori di sovratensione). Utenza: sono le apparecchiature elettriche collegate all’impianto (lampade, pc, tv, lavatrice ecc…).

Impianto connesso in rete (grid connectiv). : 

Impianto connesso in rete (grid connectiv). Come nell’impianto a isola il modulo solare alimenta le apparecchiature elettriche collegate. L’energia momentaneamente non utilizzata viene immessa nella rete pubblica, il gestore di un impianto di questo tipo fornisce l’energia elettrica a tutti gli utenti della rete, come una normale centrale elettrica. Nelle ore serali e di notte la corrente elettrica può essere prelevata dalla rete pubblica. Naturalmente il gestore di un impianto fotovoltaico di questo tipo potrà guadagnare dalla vendita di energia elettrica al gestore della rete pubblica. Per ottenere il massimo profitto dell’impianto fotovoltaico risulta conveniente immettere tutta l’energia prodotta nella rete e utilizzare una nuova fornitura elettrica per prelevare l’energia elettrica da consumare. In questo caso l’energia prodotta e venduta dal gestore diviene indipendente dalla nostra utilizzazione. A fine anno il gestore della rete elettrica effettua un saldo finale tra l’energia venduta e quella acquistata.

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In questo tipo d’impianto ci sono 2 contatori: uno che contabilizza l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico e venduta alla rete un altro che contabilizza l’energia elettrica di che l’utente preleva dalla rete

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