IMPIANTI FOTOVOLTAICI PER LA PRODUZIONE D'ENERGIA ELETTTRICA
ENERGIA ELETTRICA DALLA LUCE DEL SOLE: "SOLE PER L'ENERGIA"
Quello fotovoltaico è, senz'altro, uno dei sistemi più
affascinanti e portentosi di produzione dell'energia elettrica.
Nel 1839 Becquerel notò che la pila al piombo che statva provando produceva energia
elettrica solo quando veniva esposta alla luce del sole.
Einstein nel 1905 spiegò il fenomeno fotoelettrico e con l'utilizzo esteso dei
semiconduttori la "pila" solare si chiama "cella fotovoltaica" ed è
fatta di silicio.
La luce, è composta da particelle, corpuscoli, d'energia: i fotoni. Quando un fotone
colpisce gli atomi di certi materiali, chiamati "Semiconduttori", come il
Silicio, in alcuni casi cede la sua energia ad uno degli elettroni che ruotano attorno ad
un atomo rendendolo libero di allontanarsi e di muoversi all'interno del materiale.
Se la giunzione, così costruita, si espone alla luce del sole e si collega ad un circuito
elettrico esterno, nel circuito circolerà una corrente che, consentendo la ricombinazione
delle cariche elettriche richiesta dalla neutralità elettrica complessiva delle due
lamine, permetterà al dispositivo di funzionare con continuità. La corrente,
naturalmente, potrà essere utilizzata per accendere lampadine, per azionare motori o per
caricare degli accumulatori, esattamente come quella generata con gli altri usuali
sistemi.
Per la fabbricazione delle celle oggi si utilizzano principalmente il silicio
cristallino, il silicio amorfo e l'arsenuro di gallio. Le celle, di forma circolare o
quadrata, hanno uno spessore di qualche decimo di millimetro e un'area di circa 100 cm².
Ciascuna è in grado di erogare 1,2 - 1,5 Watt, ad una tensione di circa mezzo Volt,
trasformando in energia elettrica il 10 - 15 percento dell'energia luminosa incidente
sulla sua superficie.
Le celle fotovoltaiche, come le comuni pile, possono collegarsi fra loro per ottenere un
modulo e più moduli per formare un generatore fotovoltaico avente le caratteristiche di
potenza e tensione desiderate.
Gli impianti fotovoltaici sono ormai utilizzati per tutti gli usi. Si va, per esempio,
dall'alimentazione degli orologi, dei giocattoli, delle calcolatrici tascabili (circa un
decimo di Watt) fino ai grandi sistemi con potenze di alcuni milioni di Watt (MW) connessi
alla rete ENEL (a Serre, in provincia di Salerno esiste un impianto da 3,3 MW). Sono
insostituibili per dare energia a ponti radio isolati sulle montagne o a sistemi per il
rilevamento degli incendi nei boschi. Sono utilizzati negli impianti di pompaggio
dell'acqua, ed in quelli di dissalazione dell'acqua di mare (Lampedusa, Lipari), per
l'illuminazione di strade isolate, aereoporti, aree archeologiche (Sovana in provincia di
Siena) o negli impianti di ricarica degli accumulatori di auto elettriche (Palermo).
Al posto dei rumorosi gruppi elettrogeni a gasolio o benzina, si usano, per
l'alimentazione di case o comunità isolate e, per sfruttare completamente l'energia
prodotta dal sole, anche sui tetti delle case o in quartieri già connessi alla rete
elettrica pubblica.
Un sistema fotovoltaico non è un impianto complesso, lo dimostra la vita media superiore
ai 25 anni. L'impianto, che non consuma combustibile e non ha parti in movimento, anche se
per i casi comuni di sistemi per l'alimentazione di case isolate dalla rete elettrica
pubblica, di pompe per il sollevamento di acqua e di lampioni, è composto da:
GLI IMPIANTI PER L'ALIMENTAZIONE DI PICCOLE UTENZE DI TIPO DOMESTICO
Nel caso di una piccola utenza domestica isolata, per l'alimentazione di 4 - 5 lampade fluorescenti, ad alta efficienza, da 15-20 Watt, di un frigorifero (50 - 200 litri) di un piccolo televisore, sono disponibili sul mercato sistemi, dotati di un generatore fotovoltaico della potenza di 300 - 600 Watt di picco, composti da:
Va segnalato che i Watt di picco del generatore fotovoltaico non sono un indice diretto
della potenza massima erogabile dall'impianto, bisogna tenere conto della capacità del
sistema d'accumulo dell'energia e delle utenze domestiche. Così, ad esempio, in una casa
di campagna abitata solo per pochi giorni al mese, dimensionando opportunamente il numero
di accumulatori, è possibile collegare apparecchi, (lavatrice, ferroda stiro) che
complessivamente richiedono una potenza ben maggiore di quella di picco del generatore,
consumando in poche ore l'energia accumulata nelle settimane precedenti. In altre parole,
il sistema fotovoltaico va paragonato ad un impianto idrico costituito da una pompa (il
generatore) e da uno o più serbatoi (il sistema d'accumulo): le considerazioni sono
ovvie.
Sistemi delle dimensioni prima dette, nelle condizioni tipiche d'insolazione giornaliera
italiane (si va dai 3,5 KWh/m² della pianura Padana ai 4 KWh/m² del centro Italia,
finoai 4,5 KWh/m² della Sicilia), hanno una producibilità annua di 300 - 600 KWh e
garantiscono un'autonomia di alcuni giorni anche in periodi di scarsa insolazione. In
Italia sono installati più di 6.000 di questi impianti per l'illuminazione,
l'alimentazione degli elettrodomestici ed il pompaggio dell'acqua, in case rurali o di
vacanza, isolate e in rifugi di montagna.
Il costo di tali sistemi, disponibili peraltro anche in Kit di montaggio di facile
installazione, è di circa 10 - 15 milioni (lampade fluorescenti, frigorifero a basso
consumo con o senza congelatore, I.V.A. e montaggio inclusi). In commercio, comunque, sono
pure disponibili Kit di minore potenza (20 - 60 Watt di picco) destinati sia alla sola
illuminazione (2 - 6 lampade fluorescenti da 15-20 W) del costo di 1 - 2,5 milioni e Kit
misti illuminazione-refrigerazione (da 60 a 300 Watt di picco) i cui costi vanno dai 5 ai
10 milioni (I.V.A. inclusa). La loro utilizzazione è da considerare quando esistono
distanze dalla rete ENEL tali da rendere oneroso o problematico l'allacciamento alla rete
pubblica .
Se si tiene conto, tuttavia, che un allacciamento ENEL, nel caso di una distanza di 2 - 3
Km (misurata con riferimento alla cabina di trasformazione, più vicina e non dal palo o
dalla linea più vicini), va dai 4 ai 5 milioni di lire, anche nell'ipotesi di uno
sfruttamento completo dell'energia prodotta annualmente (600 KWh) da un sistema che costi
12 - 15 milioni, occorono più di 20 anni per il recupero della spesa, anche usufruendo
dello sgravio IRPEF.
Nel caso di distanzeENEL maggiori e della impossibilità pratica di allacciamento
(costo elevato rispetto alle quantità d'energia richiesta dall'utente) il sistema
fotovoltaico si propone come alternativa al gruppo elettrogeno non tanto dal punto di
vista economico, anche se il tempo di ritorno dell'investimento si riduce 15 - 20 anni,
quanto per le sue caratteristiche di:
I LAMPIONI PER L'ILLUMINAZIONE
Si tratta di Kit di alcune decine di Watt, da installare su comuni pali, per
l'illuminazione di strade, piazzali, parcheggi condominiali. Sono completi di accumulatori
e di interruttore crepuscolare per l'accensione automatica al tramonto e lo spegnimento al
mattino e garantiscono 8 - 14 ore d'illuminamento notturno.
I Kit, palo incluso, tuttavia, in cui ragioni estetiche, di sicurezza o di servitù di
passaggio, o la necessità d'attraversamento di ferrovie, di binari o di autostrade,
comportino tempi lunghi per le autorizzazioni e rendano necessaria la costruzione di
cavidotti, con i connessi lavori di scavo e ripristino di manufatti o strade, la soluzione
fotovoltaica può risultare una valida e conveniente alternativa.
"DIAMO UNA MANO AL SOLE" PER VIVERE MEGLIO
In conclusione. L'energia del sole è affascinante, gratuita, pulita e silenziosa.
I sistemi fotovoltaici non hanno bisogno di combustibile, non avendo parti meccaniche
in movimento, richiedono semplici e ridottissime manutenzioni e la loro modularità
consente un ottimo adattamento alle specifiche esigenze dell'utenza.
Gli impianti prestano ancora, purtroppo, problemi di costo ma in particolari condizioni di
isolamento e di distanza dalla rete sono competitivi rispetto al collegamento alla rete
pubblica e presentano non indifferenti vantaggi rispetto ai gruppi elettrogeni.
Nella nostra società che, sempre più, attribuisce alla difesa dell'ambiente valori
etici, di civiltà e di benessere, un'ulteriore spinta all'utilizzazione dei sistemi
fotovoltaici deve venirci, inoltre, dal desiderio di assicurarci maggiore benessere nel
rispetto dell'ambiente.
LA PROMESSA DELLA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA
La tecnologia fotovoltaica appare oggi tra le più promettenti, a medio e lungo
termine, tra quelle in grado di sfruttare l'enorme potenzialità della fonte solare per
fronteggiare la domanda di energia elettrica.
Un modulo fotovoltaico, costituito da "celle" assemblate insieme ed
elettricamente connesse, è in grado di trasformare la luce del sole direttamente in
elettricità, senza meccanismi in movimento, caldaie, o altri dispositivi e/o
componenti che rendono complessa e dispendiosa la conversione energetica negli impianti
tradizionali.
Negli ultimi venti anni, lo sviluppo di questa tecnologia ha permesso di passare dall'energia
per satelliti a quella per gli edifici.
Oggi, grazie all'abbattimento dei costi che lo svipluppo tecnologico ha determinato, è
possibile parlare non solo di piccole applicazioni, ma anche di veri e propri
impianti fotovoltaici. Nel medio termine la tecnologia fotovoltaica si avvicinerà
sempre più alla competitività commerciale, per l'aumento dei rendimenti di conversione,
la riduzione dei costi di produzione per economie di scala e progresso tecnologico, ed il
previsto aumento dei costi "esterni", ambientale e sociale.
L'ENERGIA FOTOVOLTAICA E LE SUE APPLICAZIONI
Un generatore fotovoltaico, è costituito da un insieme di moduli fotovoltaici, ognuno
dei quali, occupando una superficie di poco inferiore a 0,5 m², è in grado di fornire
55-60W ad una tensione di 17 V (in corrente continua), ovviamente in condizioni ambientali
standard di funzionamento: 25 °C e irraggiamento solare pari a 1000W/m2. La possibilità
di comporre più moduli, peculiarità del fotovoltaico, permette poi di ottenere energia
elettrica con le caratteristiche volute: con dieci moduli in serie, ad esempio, si potrà
disporre di una tensione di 170 V in corrente continua; mentre un opportuno collegamento
in parallelo assicurerà la potenza desiderata.
In questo modo si può rispondere alla domanda di molti tipi di utenza, la più
tipica delle quali è sicuramente la illuminazione degli ambienti e l'alimentazione di
apparecchi ed elettrodomestici, ma anche, ad esempio in zone isolate, la estrazione di
acqua da un pozzo. Ovviamente la maggior parte delle apparecchiature di uso comune
richiede elettricità in corrente alternata; l'energia elettrica fornita in CC dai sistemi
FV va allora trasformata in CA tramite un inverter. A questo punto l'energia
prodotta è diventata preziosa, perchè adeguata a tutti i tipi di utenza.
Per avere un'idea delle reali possibilità offerte da un impianto fotovoltaico al
servizio di un'utenza privata, si consideri che, nelle condizioni di soleggiamento delle
nostre regioni centromeridionali, un pannello da 1 m² può produrre oltre 180 KWh
all'anno e cioè l'energia elettrica consumata oggi da una famiglia di 2 - 3 persone in un
mese.
La richiesta nei paesi tecnologicamente avanzati e quindi anche in Italia, è oggi rivolta
verso sistemi che si integrano negli spazi già occupati e sono architettonicamente
inseriti nelle strutture edili; quindi verso impianti, anche di piccole dimensioni,
connessi alla rete elettrica di distribuzione. Si affrancano, così, gli impianti
fotovoltaici dal ruolo di sistemi di emergenza o destinati alle utenze isolate,
inscrivendo questa tecnologia nel novero di quelle che a pieno titolo possono, sia pure in
misura parziale, contribuisce al soddisfacimento delle utenze energetiche, anche a livello
nazionale.
L'energia da fotovoltaico viene prodotta là dove serve, non necessita di
alcun combustibile, non richiede praticamente manutenzione ed offre la possibilità di
calibrare l'impianto su misura, secondo le reali necessità dell'utente.
Si può dire che investire in un impianto fotovoltaico equivale a comprare oggi l'energia
da consumare nei prossimi trent'anni ( vita dell'impianto), al riparo da ogni prevedibile
rincaro della stessa.
Per ciò che concerne il "guadagno" ambientale, si consideri che, per
ogni KWh elettrico all'utente, si risparmiano 0,25 Kg di olio combustibile alla centrale
elettrica e l'emessione di 0,7 Kg di CO2. Un piccolo impianto
fotovoltaico da due KWp sufficiente a soddisfare le esigenze di una famiglia, nelle
condizioni di soleggiamento medie italiane, produrrà nell'arco della sua vita efficace di
trant'anni mediamente 90.000 KWh, con un risparmio di: 22.500 Kg di olio combustibile e
dell'emissione di 63 tonnellate di CO2. Lo stadio di sviluppo
raggiunto da questa tecnologia ed i suoi costi non la rendono, allo stato attuale, ancora
economicamente competitiva.
I costi del fotovoltaico sono fortemente dipendenti dal tipo di applicazione e di installazione, e sono in continua evoluzione. Nell'Italia meridionale, dove l'isolazione raggiunge valori relativamente alti, a fronte delle 1900 ore circa utili annue di insolazione, è possibile produrre oltre 1500 KWh per ogni KWp (KW di picco) di potenza installata, e il costo di produzione del KWh, nel caso di sistemi FV integrati negli edifici e collegati direttamente alla rete di bassa tensione di distribuzione dell'energia elettrica, è di circa 700 lire.
Bibliografia:Atti della Conferenza dell'Energia 1998
IL PROGRAMMA NAZIONALE 10.000 TETTI FOTOVOLTAICI
Il Libro Bianco "Energia per il Futuro: le fonti energetiche
rinnovabili" della Unione Europea, giudica perseguibile l'obiettivo della
realizzazione entro il 2010 di 1.000.000 tetti e facciate fotovoltaici nei paesi della
U.E.
L'obiettivo è quello della realizzazione da parte di soggetti pubblici o privati,
nell'arco di cinque anni, di 10.000 impianti fotovoltaici per una potenza complessiva
di 50 MW. Gli impianti ammessi all'iniziativa avranno taglia compresa tra 1 e 50 KWp,
e dovranno essere collegati alla rete elettrica monofase o a quella trifase in
bassa tensione.
