I temi del rispetto dell’ambiente e del risparmio energetico sono spesso collegati agli impianti fotovoltaici, ossia quei sistemi che utilizzano i pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica. Attraverso i vari componenti dell’impianto fotovoltaico si assiste ad un piccolo miracolo: i semplici raggi solari permettono di far funzionare la lavatrice, la smart tv e tutti gli altri oggetti che necessitano di energia elettrica. L’energia che viene a crearsi fa parte delle cosiddette energie pulite, che ci consentono di mantenere lo stile di vita a cui siamo abituati senza produrre inquinamento. Assieme agli impianti fotovoltaici tra le energie pulite si trovano quella geotermica, quella idroelettrica e quella eolica. Lo sfruttamento più semplice per un privato è quello dell’energia solare che è disponibile dappertutto e la tecnologia che permette di sfruttarla è diffusa, abbassando il costo per l’installazione dell’impianto.
Cos’è e A Cosa Serve un Impianto Fotovoltaico
Un impianto fotovoltaico serve a trasformare i raggi solari in energia elettrica partendo dal fotone, cioè proprio dalla luce che va a colpire i pannelli fotovoltaici che all’interno contengono le celle dentro le quali si caricano gli elettroni che producono la corrente. Questa può essere consumata all’interno dell’abitazione o della struttura industriale oppure venduta alla rete elettrica diventando produttori di energia e ottenendo un risparmio in bolletta o un introito aggiuntivo. Questo dipende dallo spazio a disposizione e dall’esposizione del terreno o del tetto della casa. Si può pensare così di mettere a reddito un terreno in un modo alternativo ma sempre rispettoso della natura. Si possono anche sfruttare gli incentivi fiscali che permettono di ottenere rimborsi parziali delle spese sostenute.
Lo Schema Dell’impianto
Prima di decidere se affrontare o meno l’inizio dei lavori per avere il proprio impianto fotovoltaico è meglio approfondire come è fatto. La parte principale è formata dai pannelli fotovoltaici, che sono quelli che assorbono i fotoni e li trasformano in corrente continua. I pannelli sono collegati tra di loro in serie, soprattutto negli impianti domestici. In questi il loro numero si aggirerà attorno ai 15 pannelli.
Da qua la corrente passa nel sezionatore, che ha il compito di creare per l’appunto una sezione, in modo che l’impianto possa essere isolato in caso di guasti o di corto circuito. Si tratta di una rara evenienza ma è la misura di sicurezza necessaria e richiesta dalla legge.
Uscendo dal sezionatore, la corrente è ancora continua, mentre per essere utilizzata in casa deve essere alternata. Per questo viene fatta passare attraverso un inverter che la trasforma nella classica corrente alternata di casa. L’inverter deve essere monitorato attraverso un sistema di controllo che verifichi malfunzionamenti, isoli l’arrivo di nuova corrente in caso si registrino problemi e può essere collegato tramite internet a dispositivi di monitoraggio da remoto, per allertare il padrone di casa e l’assistenza tecnica.
Dopo aver transitato nell’inverter la corrente può essere utilizzata in casa oppure messa a disposizione della rete di distribuzione. Per monitorare tutti questi passaggi sono necessari contatori con i quali verificare la quantità di energia prodotta, quella immessa in rete e quella utilizzata. Il gestore dei servizi di rete deve garantire la possibilità di ottenere gratuitamente tutto l’ammontare di energia prodotta, anche se non utilizzata contestualmente alla produzione. Nell’impianto, infatti, non è previsto un accumulatore in cui conservare l’energia, ma questa transita o verso l’impianto domestico per alimentarlo oppure, se c’è un esubero di energia prodotta, verso la rete.
Ovviamente, il distributore corrisponderà un ammontare x al produttore domestico e rivenderà l’energia ad un prezzo maggiorato. Quando è lo stesso produttore a comprare l’energia deve poterla ricomprare a x fino a quando non esaurisce la corrente autoprodotta. Per arrivare all’emissione della bolletta con precisione occorrerà, quindi un contatore dell’energia prodotta, di quella inviata alla rete e di quella richiesta dalla rete. Sulla base di questi importi sarà possibile fare i conteggi.
I componenti
Sono diversi i componenti che compongono l’impianto fotovoltaico. Dopo aver esaminato i loro collegamenti per una visione di insieme, cerchiamo di approfondire ognuno di essi.
Il primo elemento è costituito dai pannelli fotovoltaici, che sono la componente che fa la differenza nell’impianto. È costituito da una superficie piana che contiene le celle fotovoltaiche che, solitamente sono prodotte in silicio cristallino. A protezione delle celle viene applicato sulla parte superiore un vetro che non ostacola il passaggio dei fotoni mentre la parte inferiore è protetta da un involucro plastico. Ci sono diversi tipi di celle fotovoltaiche. La prima differenza risiede nel materiale di cui sono fatte che può essere il silicio policristallino o quello monocristallino. Quest’ultimo è più puro del primo e permette una maggiore efficienza, richiedendo meno spazio di esposizione a parità di accumulo.
Altri miglioramenti che si sono avuti nel corso degli anni sulla tecnologia sono il sistema PERC e le celle half-cut, cioè tagliate a metà. La tecnologia PERC consente una maggiore efficienza delle celle che imprigionano l’energia nella parte posteriore delle celle, migliorando la cattura di elettroni che rendono il sistema più efficiente. Il sistema delle celle tagliate a metà ha permesso di raddoppiare il numero di celle presenti in ciascun pannello risolvendo alcuni problemi relativi all’ombreggiamento e rendendo il pannello più duraturo.
Esistono poi altri tipi di pannello, detti pannelli a concentrazione, attraverso i quali vengono convogliati i raggi solari attraverso specchi e lenti su un’unica cella fotovoltaica. Questo riduce drasticamente la superficie necessaria per la produzione di energia permettendo un’efficienza superiore. Molto più alto è anche il loro costo e per questo motivo non è il sistema maggiormente utilizzato per gli impianti domestici. Inoltre, per sfruttare appieno la loro potenza, questi pannelli vengono accompagnati da sistemi che modificano l’inclinazione del pannello per seguire i raggi solari. Le soluzioni più comuni sono quelle precedentemente citate, associate ad una scelta oculata del posizionamento del pannello, che deve essere in grado di sfruttare l’esposizione al sole per un certo numero di ore. Inoltre, occorre prevedere una pulizia periodica del vetro in modo da facilitare il passaggio dei fotoni fino alle celle.
Il secondo componente dell’impianto è il sezionatore, che è una misura di sicurezza, attraverso la quale viene interrotto il flusso energetico nel momento in cui c’è un sovraccarico. Uno strumento semplice ma essenziale per preservare l’impianto.
Il terzo componente è l’inverter che ha il compito fondamentale di rendere utilizzabile la corrente. I pannelli, infatti, creano corrente continua, la stessa che passa nei tralicci e che viene trasformata prima di entrare nelle nostre case. La corrente alternata, sfruttando le oscillazioni degli elettroni, consente di arrivare a picchi di tensione più alti ed è il tipo necessario per essere utilizzato in casa. Nell’impianto fotovoltaico l’inverter ha anche il compito di massimizzare la produzione di energia, renderla più sicura e controllare il funzionamento e il rendimento dell’intero sistema. Gli inverter vanno scelti nella tipologia che corrisponde alle taglie di potenza che, per gli impianti residenziali, corrisponde a 3-6 kw. Un tipo di inverter particolare è quello ibrido che consente anche di accumulare fino ad un certo limite la corrente prodotta per permetterne il consumo in un secondo tempo.
Collegato all’inverter c’è il sistema di monitoraggio che consente di controllare il buon funzionamento dell’impianto e di avvertire in caso di necessità di intervento. I migliori modelli effettuano in automatico gli aggiustamenti necessari per massimizzare la produzione energetica. Gli ultimi componenti dell’impianto sono i contatori che, normalmente, sono di competenza dell’azienda elettrica a cui inevitabilmente occorre appoggiarsi per poter vendere la propria energia e ottenerne di supplementare in caso l’autoproduzione non sia sufficiente.