L' impianto fotovoltaico

Il sistema fotovoltaico è un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che concorrono a captare e trasformare l’energia solare disponibile, rendendola utilizzabile dall’utenza sotto forma di energia elettrica.
Tale produzione, essendo collegata alla luce solare, non è costante, ma é condizionata dall’alternanza giorno/notte, dai cicli delle stagioni, dalla variazione delle condizioni meteorologiche. Inoltre il generatore fotovoltaico fornisce corrente elettrica in continua. Spesso queste caratteristiche non si adattano alle necessità degli utenti che, in genere, hanno l’esigenza di disporre di corrente elettrica alternata, a valori costanti di tensione.


Negli impianti non collegati alla rete elettrica, per assicurare la disponibilità di energia elettrica anche quando manca l’insolazione, viene installato un parco di batterie di accumulo. Un dispositivo statico (inverter), collegato alla batteria, converte la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA 220V, 50Hz); minor perdite si ottengono utilizzando direttamente la corrente continua prodotta a bassa tensione (12 - 24 V).
I sistemi fotovoltaici per la produzione di energia elettrica possono essere suddivisi in due categorie principali: quelli isolati o stand alone e quelli connessi alla rete elettrica o grid connected.

I moduli fotovoltaici

Il modulo fotovoltaico è il componente elementare dei sistemi fotovoltaici ed è ottenuto dalla connessione elettrica di celle fotovoltaiche connesse in serie e assemblate fra uno strato superiore di vetro ed uno strato inferiore di materiale plastico (Tedlar). Gli elementi che stanno alla base del modulo fotovoltaico sono dunque le celle e il vetro.
Un insieme di moduli collegati elettricamente in serie in modo da fornire la potenza richiesta, costituiscono una stringa. Un gruppo di moduli montati su una stessa struttura di sostegno si definisce un pannello. Più stringhe collegate in parallelo per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico.
Così il sistema elettrico è in grado di fornire le caratteristiche di tensione e di potenza richieste per le diverse applicazioni.

Le celle

Le celle fotovoltaiche hanno solitamente una colorazione blu scuro, derivante da un rivestimento antiriflettente (ossido di titanio), molto importante per ottimizzare la ù captazione dell’irraggiamento solare. Colori differenti, ottenibili variando lo spessore del rivestimento antiriflettente, comportano sostanziali perdite di efficienza (ad esempio le celle grigie perdono tra il 30 e il 40 % del rendimento).
Le celle hanno dimensioni variabili tra 5 cm e 15 cm, con forme quasi sempre quadrate. Le celle sono assemblate con distanze variabili in base alla luminosità richiesta.

Il vetro

La misura massima attualmente realizzabile è pari a 2000 x 3210 mm. Lo spessore del vetro dipende dalla forma e dalle sollecitazioni previste; il vetro frontale è di norma extra-bianco con uno spessore ridotto (4 mm per moduli di misura ridotta) per ottimizzare l’assorbimento della radiazione luminosa; quello posteriore può avere diversi colori, tipi di laminazioni e di isolamenti.

L'orientamento

Il massimo irraggiamento solare è ottenibile, alla nostra latitudine e su base annua, orientando l’impianto fotovoltaico verso Sud e inclinandolo, rispetto all’orizzontale, di circa 30°. Spesso però s’interviene su edifici già esistenti che non presentano superfici utili correttamente orientate; impianti orientati verso Est o Ovest comportano riduzioni di circa il 10 %.

Se la superficie su cui si applica l’impianto fotovoltaico è verticale, le perdite sono pari al 30% con orientamento a Sud, per salire al 45% per impianti esposti a Est o Ovest.

Impianti isolati o stand-alone

Gli impianti isolati vengono normalmente utilizzati per elettrificare le utenze difficilmente collegabili alla rete perché ubicate in aree poco accessibili, e per quelle con bassissimi consumi di energia che non rendono conveniente il costo dell’allacciamento.
Nei sistemi fotovoltaici isolati è necessario immagazzinare l’energia elettrica per garantire la continuità dell’erogazione anche nei momenti in cui non viene prodotta. Ciò avviene mediante accumulatori elettrochimici (batterie). Lo sviluppo tecnologico in questo settore permette di avere a disposizione batterie al piombo acido, di lunga vita (oltre i 6 anni), con esigenze di manutenzione quasi nulle e con bassa autoscarica.

Gli impianti isolati possono servire per le case di campagna utilizzate in maniera periodica dal proprietario, ma anche quelle abitate permanentemente, alle quali deve essere garantito un servizio uguale a quello fornito dalla rete elettrica. Generalmente, già con distanze superiori ai 3 Km dalla rete elettrica tradizionale, risulta conveniente l’installazione di un impianto fotovoltaico per l’alimentazione della casa.
Le caratteristiche di modularità degli impianti fotovoltaici consentono di dimensionare la potenza e la tensione secondo le necessità e li rendono specificamente adatti per i piccoli impianti destinati alle utenze particolari ed isolate.

Impianti connessi alla rete elettrica di distribuzione o grid connected

L’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas, con la delibera n. 121 del 23 settembre 1998, ha richiamato le Società distributrici di energia elettrica affinché permettano a tutti gli operatori che intendono produrre energia elettrica da fonti rinnovabili, di collegarsi con la rete elettrica centrale.
Con questa decisione si permette ad ogni operatore di vendere l’eventuale energia prodotta in eccesso alla Società elettrica distributrice, ai prezzi stabiliti dall’Autorità medesima, e di rifornirsi alla rete nei momenti in cui la quantità di energia autoprodotta fosse insufficiente.

Oltre agli ormai comuni tetti fotovoltaici, costituiti da moduli solari di tipo standard, sempre più frequenti sono gli impianti fotovoltaici integrati negli edifici, che se da una parte rispondono adeguatamente alle crescenti preoccupazioni di carattere ambientale, dall’altra rappresentano un’interessantissima novità non solo per gli architetti, ma anche per enti pubblici, aziende e singoli cittadini. Facciate, tetti o altri tipi di coperture fotovoltaiche consentono di disporre di quantità anche ragguardevoli di energia elettrica, con conseguenti risparmi economici e, nello stesso tempo, mostrano, in modo anche evidente, la “sensibilità ambientale" del proprietario. Non è infatti un caso che questi sistemi sono spesso installati nei palazzi degli uffici di società che vedono nel fotovoltaico un ottimo mezzo per “elevare" l’immagine dell’azienda.
L’integrazione architettonica dei sistemi solari si basa sulla possibilità di utilizzare il modulo fotovoltaico nella più ampia libertà. E’ importante saper realizzare moduli aventi forma, misura, colore, caratteristiche strutturali diverse a seconda della situazione in cui s’interviene.

Nella creazione dei moduli semitrasparenti, le celle sono fissate con una resina tra due lastre di vetro distanziate tra di loro circa 2 mm. I cavi della corrente in uscita sono solitamente fatti passare attraverso dei corridoi creati nella cornice, in modo da rimanere nascosti, oppure si utilizzano le tradizionali junction box di connessione. Nei casi in cui la facciata trasparente debba anche soddisfare requisiti di isolamento termico, il modulo solare è integrabile in un doppio vetro, ottenendo un valore di dispersione termica di 1,1 W/mqK.
Tutti i moduli prodotti sono testati elettricamente e meccanicamente secondo un rigido controllo di qualità. Viene così garantito lo standard IP65 contro il rischio dato dalle infiltrazioni di umidità.