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CREAZIONE E SPERIMENTAZIONE CONGIUNTA DI MODELLI PER L'OTTIMIZZAZIONE DELL'UTILIZZO DI ENERGIA FOTOVOLTAICA

 


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QUALI SONO LE DIVERSE TIPOLOGIE DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO?

Descriviamo qui i diversi tipi di impianto fotovoltaico

  • Impianto connesso in rete
Gli impianti fotovoltaici connessi alla rete elettrica nazionale (“grid connected”) generano energia elettrica e la immettono in rete. Prima dell’immissione in rete elettrica, l'energia prodotta dai pannelli deve essere necessariamente convertita in corrente alternata con le caratteristiche compatibili con i requisiti tecnici della rete stessa.
Il vantaggio di un sistema fotovoltaico connesso in rete deriva dall’opportunità dell’utente di utilizzare l’energia auto-prodotta oppure di richiederla alla rete quando quella prodotta dall’impianto non è sufficiente. Inoltre, qualora la generazione sia superiore al fabbisogno è possibile cederla alla rete.

  • Impianto ad isola (stand alone)
In questa configurazione l’impianto fotovoltaico genera l’energia elettrica sufficiente a soddisfare la domanda dell’utenza. Per mantenere la fornitura di energia costante nel tempo, e per fornirla nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non funziona, viene utilizzato un accumulatore, solitamente composto da batterie elettrochimiche.
Un sistema ad isola solitamente eroga corrente continua, per cui se fosse necessario collegare all’impianto a dei dispositivi in corrente alternata è necessario installare un inverter.

  • Inseguitori solari
Il sole nel suo “apparente” movimento attorno alla terra presenta diversi angoli di inclinazione in diverse ore del giorno e in diversi periodi dell’anno. 
Sarebbe opportuno “inseguire” il movimento in modo tale da massimizzare la radiazione e quindi i kWh/m2 di generazione del pannello. Questo si può fare utilizzando i sistemi ad inseguimento: a un asse o a due assi.
Generalmente gli impianti fotovoltaici sono installati su strutture fisse con inclinazione e orientamento dei moduli stabiliti in sede di progetto. Si può però far ruotare il piano dei moduli in modo tale da inseguire il sole lungo il suo percorso giornaliero e stagionale (evitando inoltre fenomeni di ombreggiamento reciproco).
 In questo modo si ottimizza la captazione della componente diretta della radiazione solare. La tipologia del sistema ad inseguimento influisce sull’aumento di producibilità di energia rispetto ad un impianto fisso. 
Fattori da tenere in considerazione per la scelta di un sistema ad inseguimento:
-maggiori costi di installazione (8-13%);
-costi di manutenzione più elevati (a causa dei componenti di attuazione e controllo del sistema ad inseguimento);
-maggiore superficie orizzontale occupata per evitare fenomeni di ombreggiamento.

  • Fotovoltaico a concentrazione
Il fotovoltaico tradizionale è basato su celle solari che per generare una quantità di energia compatibile con i fini industriali/residenziali necessitano di elevate superficie a causa del loro basso rendimento (~14%). Il fotovoltaico a concentrazione presenta una efficienza maggiore e quindi richiede una minor superficie.
Il fattore di concentrazione elevato (~500 - 1500 X) permette di rimpiazzare grandi superficie delle celle tradizionali con materiali molto economici per esempio stampati in materiale plastico.
Le celle solari tradizionali hanno un decadimento sensibile in funzione della temperatura (-0,3 %/K) mentre le celle a concentrazione sentono meno questo problema (-0,04 %/K): un notevole vantaggio soprattutto per installazioni in climi molto caldi.
Per impianti di grande capacità, quando installati a terra, il terreno viene spogliato della possibilità di essere utilizzato per altri usi (ad esempio allevamento o coltivazioni): con il solare a concentrazione invece è possibile utilizzare il terreno anche per altri scopi.
L’industrializzazione di questa tipologia di impianti ha buone prospettive: tutti i processi interessati (esempio: stampaggio plastico, lavorazione dell’alluminio e del vetro, etc.) sono già affidabili e diffusi.
Una serie di specchi e parabole concentra la radiazione solare su una piccola superficie (<1 cm2);
Le riflessioni ottiche provocano una perdita di energia la quale viene compensata dall’elevato rendimento delle celle a tripla giunzione solitamente adottate in questa tipologia di impianti.
 
Grazie alla tripla giunzione, quasi tutto lo spettro di radiazione solare viene intercettato e convertito in energia. L’efficienza della cella tripla giunzione tocca rendimenti del 43.5% in prototipi provati in laboratorio, mentre si attesta sul 40% per configurazioni commerciali.
La tipica dimensione di una cella è 5.5 x 5.5 mm2. 
L’efficienza dipende dalla concentrazione oltre che dalla temperatura.
Poiché vi è una concentrazione dell’energia su una piccola superficie è necessario dotare la cella di opportuni dissipatori termici. La loro progettazione e sviluppo dipende dall’installazione e, poiché il rendimento della cella è legato alla sua temperatura, va condotta con attenzione.
 
A causa del notevole calo del costo del silicio fotovoltaico (non previsto nel 2008), il CPV- fotovoltaico a concentrazione rispetto la tecnologia tradizionale presenta un costo di impianto nettamente superiore (€/Wp); tuttavia nell’ottica di una valutazione tecnico economica dell’impianto è l’energia generata che va considerata.
La tecnologia CPV ha un rendimento nettamente maggiore del fotovoltaico tradizionale e la differenza è tanto maggiore quanto più l’installazione si trova in una regione con clima caldo e con un’elevata radiazione diretta (Direct Normal Irradiation, DNI).
In queste situazioni la comparazione rispetto ad altre tecnologie potrebbe essere fatta con altre metriche, come ad esempio il metodo dell’LCOE (Levelized Cost of Electricity) che tiene in considerazione sia il costo dell’impianto che la sua generazione energetica (€/kWh).


 

 
 
 
 

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