Fotovoltaico: cos'è

 


Il sistema fotovoltaico è un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che concorrono a captare e trasformare l’energia solare disponibile, rendendola utilizzabile sotto forma di energia elettrica. Ciò avviene sfruttando un fenomeno fisico, noto come effetto fotovoltaico (cioè la capacità che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati di generare elettricità se esposti alla luce). Quando i fotoni (particelle di energia del sole) colpiscono una cella fotovoltaica, una parte di energia è assorbita dal materiale ed alcuni elettroni, scalzati dalla posizione che occupano nella struttura atomica, scorrono attraverso il materiale semiconduttore opportunamente trattato, producendo una corrente continua che può essere raccolta sulle superfici della cella. Più celle sono collegate in serie o in parallelo ed impacchettate per formare un modulo, che rappresenta il componente base di ogni impianto fotovoltaico.I moduli sono costituiti da celle in materiale semiconduttore ed il più utilizzato è il silicio cristallino. Essi rappresentano la parte attiva del sistema perché convertono la radiazione solare in energia elettrica. La corrente continua generata viene inviata ad un convertitore (inverter), dal quale ne esce sotto forma di corrente alternata tale da poter essere immessa nella linea di distribuzione.

I vantaggi dell’utilizzo della energia fotovoltaica possono riassumersi in:

  • assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante;

  • risparmio di combustibili fossili;

  • affidabilità degli impianti poiché non esistono parti in movimento;

  • costi di esercizio e manutenzione ridotti al minimo;

  • modularità del sistema (per aumentare la potenza dell’impianto è sufficiente aumentare il numero dei moduli).

 

Di seguito sono descritte le due tipologie di impianti fotovoltaici: connessi alla rete elettrica o isolati.

 

1) Impianti connessi alla rete elettrica pubblica

Sistema connesso alla rete del gestore, capace di scambiare energia elettrica con la rete. Durante i periodi diurni il sistema genera corrente per il proprio fabbisogno energetico e nei momenti in cui non è direttamente utilizzata, viene immessa nella rete pubblica di distribuzione. Durante i periodi di assenza del sole l'energia prodotta è prelevata dalla rete stessa, generando un continuo scambio tra impianto fotovoltaico e rete, ma non generando accumulo di energia. E' possibile monitorizzare questo continuo scambio. Questo sistema e' l'unico che permette di richiedere dei preziosi finanziamenti.


Esempio di sistema fotovoltaico connesso alla rete
(scambio sul posto sotto i 200KW)

 

  • moduli fotovoltaici, esposti al sole, producono corrente elettrica in forma continua.

 

  • L’inverter trasforma la corrente “solare” da continua ad alternata.

 

La corrente entra nella rete elettrica dell’utente e viene assorbita dalle normali apparecchiature elettriche.

Nel caso in cui l’impianto solare produca più corrente di quella che serve in quel momento, il surplus entra nella rete elettrica del distributore di energia elettrica locale e viene misurato da un secondo contatore dedicato proprio a conteggiare la corrente prodotta dall’impianto solare e non utilizzata.

 

Quando l’impianto solare non produce (di notte) o produce poco (brutto tempo) o la corrente richiesta dall’utenza è maggiore di quella che può essere fornita in quel momento dal sistema solare, si utilizza la corrente del distributore

 

2) Impianti fotovoltaici isolati

 

Sono sistemi autonomi cioè impianti completamente indipendenti dalla rete elettrica che si affidano esclusivamente all’energia solare per assolvere alla richiesta di energia di qualsiasi portata e grandezza.


Sono realizzati particolarmente in zone remote dove potrebbe risultare difficile collegarsi alla rete o dove l’allacciamento ad essa risulterebbe costoso.L'elettricità generata dai sistemi autonomi semplici può essere usata in vari modi, principalmente in sistemi in corrente continua (DC) senza le batterie. In questo caso l’energia prodotta dai moduli viene direttamente utilizzata dal carico: come per esempio in un sistema di pompaggio delle acque. La pompa solare sommersa lavora nelle ore diurne riempiendo i serbatoi e smette al tramonto.

I sistemi autonomi possono essere anche installati con batterie al fine di poter accumulare l’energia prodotta dai moduli ed avere un sistema completamente funzionante anche nelle ore notturne o in periodi di cattivo tempo. Con questo sistema si possono illuminare strade e case, far funzionare ventilatori e molte altri vari apparecchi in corrente continua già presenti in commercio.Nel caso di utilizzo di apparecchiature in corrente alternata (AC) bisognerà aggiungere al sistema un inverter, che, posto tra le batterie ed il carico, trasforma la tensione da continua in alternata consumando solo una piccola parte di corrente per il suo funzionamento.I sistemi stand-alone con batterie funzionano collegando i moduli fotovoltaici alla batteria e la batteria al carico attraverso un regolatore di carica, che permette un controllo dell’intero impianto mantenendo sempre efficiente la carica stessa degli accumulatori. I moduli fotovoltaici caricano la batteria durante il giorno che poi alimenta il carico in base al fabbisogno.Questi sistemi possono essere usati anche come back-up in caso di black-out.Principali vantaggi dei sistemi autonomi:

  • l’energia è prodotta dove e quando è necessaria e come back-up durante la notte o nei giorni di cattivo tempo;

  • sono facili da trasportare, installare ed utilizzare;

  • tutti i moduli fotovoltaici richiedono soltanto un controllo e una pulizia occasionale;

  • sono silenziosi e non inquinano.


Esempio di sistema fotovoltaico isolato

  • I Moduli solari fotovoltaici esposti al sole generano energia elettrica, sotto forma di corrente e tensione continua. Il loro numero e i relativi collegamenti dipendono dal dimensionamento effettuato.

  • Batterie di accumulo: in esse viene accumulata l’energia proveniente dai moduli solari. Bisogna fare attenzione ad utilizzare batterie specifiche per impianti solari fotovoltaici, che sono differenti dalle normali batterie per autotrazione. Le batterie più adatte sono quelle con la piastra positiva tubolare. La scelta del tipo e della capacità della batteria (in relazione ovviamente al tipo di utilizzo) è molto importante per la durata di vita della batteria stessa che può superare anche i 15-20 anni di vita.

  • Centralina solare: regola la carica e la scarica delle batterie, che sono l’elemento più critico del sistema. E’ un po’ il “cervello” dell’impianto, che gestisce l’alimentazione dai moduli (staccando il collegamento con i moduli una volta raggiunto il limite superiore di tensione della batteria) e il consumo delle utenze (staccando le utenze nel caso in cui la tensione delle batterie scenda sotto un certo livello minimo, sotto il quale si andrebbe a danneggiare l’accumulatore).

  • Inverter: è un dispositivo elettronico che trasforma la tensione e la corrente da continua (come ci arriva dai moduli e come viene accumulata nelle batterie) ad alternata. In tal modo l’utente può avere la normale libertà nell’utilizzo di apparecchi che richiedono la 220 Vca, come è solitamente nelle nostre abitazioni.

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