Libera Università Tito Marrone > Relazioni svolte > Fotovoltaico: energia alternativa

Un'energia conveniente

GLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI – CRITERI E METODI DI INSTALLAZIONE La necessità di trovare una fonte alternativa alla produzione di energia elettrica da idrocarburi nasce nel 1997 con il famoso PROTOCOLO DI KYOTO, nel quale le nazioni hanno stabilito, con un accordo internazionale, precisi obiettivi per i tagli delle emissioni di gas serra al fine di evitare il progressivo riscaldamento globale e scongiurare dunque i mutamenti climatici. Al protocollo di KYOTO ha fatto seguito la decisione della Comunità Europea che ha varato la cosiddetta strategia 20-20-20 i cui obiettivi da raggiungere entro l’anno 2020 consistono: • nel taglio delle emissioni di gas serra del 20% • nella riduzione del consumo di energia del 20% • e che nel 2020, il 20% del consumo energetico totale europeo sia generato da fonti rinnovabili. Una delle fonti rinnovabili di energia elettrica è quella del fotovoltaico. Come nasce questa energia? La radiazione solare che raggiunge il pianeta Terra può essere convertita in energia elettrica mediante la conversione fotovoltaica, che permette la trasformazione diretta dell’energia solare in elettricità sfruttando il fenomeno fisico dell’effetto fotovoltaico che si genera quando la luce colpisce particolari materiali. Tale fenomeno si manifesta nei materiali detti "semiconduttori", usati anche nella produzione di componenti elettronici. Il materiale sicuramente più utilizzato è il silicio cristallino, uno degli elementi chimici più diffusi sulla crosta terrestre sotto forma di biossido di silicio non puro (SiO2) denominato silice (polvere amorfa marrone o in cristalli grigi). Il dispositivo elementare che è alla base della tecnologia fotovoltaica è la cella fotovoltaica costituita da un materiale semiconduttore (in genere silicio) opportunamente trattato. Un insieme di celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie o in parallelo costituisce il modulo fotovoltaico, il componente base commercialmente disponibile. Più moduli, connessi elettricamente fra loro ed installati meccanicamente nella loro sede di funzionamento, compongono un campo fotovoltaico. Un impianto fotovoltaico è costituito dunque da uno o più campi fotovoltaici, dai convertitori di corrente continua in corrente alternata (inverter) e dai componenti di protezione e controllo da situare in base alle normative vigenti. Gli aspetti positivi della tecnologia fotovoltaica possono riassumersi in: • assenza di qualsiasi tipo d’emissione inquinante durante il funzionamento dell’impianto; • risparmio dei combustibili fossili; • estrema affidabilità poiché, nella maggior parte dei casi, non esistono parti in movimento (vita utile superiore ai 20 anni); • costi di esercizio e manutenzione ridotti; • modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli). A fronte di tali vantaggi, bisogna mettere in conto alcuni aspetti penalizzanti che sono rappresentati da: • variabilità ed aleatorietà della fonte energetica (l’irraggiamento solare); • costo degli impianti attualmente elevato, a causa di un mercato che non ha ancora raggiunto la piena maturità tecnica ed economica (circa € 4.500 /kW) . SISTEMA FOTOVOLTAICO E’ COMPOSTA DA: • moduli o pannelli fotovoltaici; • struttura di sostegno per installare i moduli sul terreno, su un edificio o qualsiasi struttura edilizia; • Inverter (trasforma la corrente continua in alternata, adeguata alla rete elettrica); • quadri elettrici, cavi di collegamento e locali tecnici per l’alloggiamento delle apparecchiature. • Le celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie e parallelo costituiscono i moduli fotovoltaici. I moduli, in generale con lo stesso orientamento, sono collegati in serie o parallelo e costituiscono le stringhe che forniscono potenza elettrica in corrente continua. Per aumentare la producibilità dei sistemi, è possibile montare le stringhe su supporti ad orientamento variabile, in grado di seguire lo spostamento del sole (impianti a inseguimento). Più stringhe, anche con diverso orientamento, costituiscono il campo che produce l’energia avviata all’utilizzatore finale o al gestore della rete elettrica. Il fattore principale che garantisce la produzione ottimale di energia elettrica è la corretta esposizione all’irraggiamento solare dei moduli fotovoltaici; Prima di realizzare un impianto fotovoltaico bisogna verificare la: FATTIBILITA’ TECNICA DELL’INSTALLAZIONE • deve essere verificato dal progettista/installatore in sede di sopralluogo: • disponibilità dello spazio necessario per installare i moduli (occorre uno spazio netto di circa 8 - 10 mq per ogni kWp di potenza, se i moduli sono installati in maniera complanare alle superfici di pertinenze di edifici; occorre uno spazio maggiore se l’impianto è installato in più file successive su strutture inclinate collocate su superfici piane); LE PRINCIPALI APPLICAZIONI DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI SONO: • impianti (con sistema d’accumulo) per utenze isolate dalla rete; • impianti per utenze collegate alla rete di bassa tensione; • centrali di produzione di energia elettrica, generalmente collegate alla rete in media tensione. La normativa attualmente vigente che regola le caratteristiche realizzative degli impianti e le modalità per l’accesso agli incentivi statali è quelle del cosiddetto TERZO CONTO ENERGIA D.M. 06/08/2010 in attesa dell’emanazione del QUARTO CONTO ENERGIA che rivedrà sicuramente al ribasso le tariffe incentivanti e la soglia di tetto massimo per gli impianti di produzione di energia elettrica, nonché la potenza complessiva annuale impegnata per il fotovoltaico. Analizziamo dunque le principali caratteristiche del TERZO CONTO ENERGIA D.M.06/08/2010. ESEMPLIFICAZIONE DELLE TIPOLOGIE DI INSTALLAZIONE DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI rispetto al secondo conto energia e nello specifico la distinzione in: 1. Impianti fotovoltaici installati sugli edifici (vds allegato 2 del D.M. 06/08/2010); 2. Altri impianti fotovoltaici, compresi gli impianti a terra; 3. impianti fotovoltaici integrati con caratteristiche innovative; 4. impianti fotovoltaici a concentrazione; 5. impianti fotovoltaici con innovazione tecnologica IMPIANTI REALIZZATI SU EDIFICI • su tetti piani o su coperture con pendenze fino a 5°; • su tetti a falda in modo complanare alla falda; • su tetti aventi caratteristiche diverse da quelle di cui ai punti precedenti con moduli installati in modo complanare al piano tangente nel punto d’appoggio; • in qualità di frangisole ALTRI IMPIANTI • Rientrano nella tipologia 'altri impianti' gli impianti realizzati a terra e gli impianti realizzati su edifici che non rispettano le condizioni tecniche indicate • Inoltre, rientrano in questa tipologia tutti gli impianti realizzati su pergole, serre, barriere acustiche, tettoie e pensiline che non rispettano i requisiti richiesti INCENTIVI GSE • Le tariffe sono erogate per un periodo di venti anni, a decorrere dalla data di entrata in esercizio dell’impianto Le caratteristiche per accedere alle tariffe incentivanti sono: • 1) moduli e componenti speciali, sviluppati specificatamente per integrarsi e sostituire elementi architettonici di edifici, quali: a) coperture degli edifici; b) superfici opache verticali; c) superfici trasparenti o semitrasparenti; d) superfici apribili e assimilabili quali porte, finestre e vetrine anche se non apribili comprensive degli infissi. • 2) moduli e componenti che abbiano significative innovazioni di carattere tecnologico; • 3) moduli progettati e realizzati industrialmente per svolgere, oltre alla produzione di energia elettrica anche funzioni architettoniche fondamentali quali: a) protezione e regolazione termica dell’edificio; b) tenuta all’acqua e impermeabilizzazione della struttura edilizia sottesa; c) tenuta meccanica comparabile con l’elemento edilizio sostituito. I moduli, inoltre, dovranno essere installati secondo le seguenti modalità: • 1) i moduli devono sostituire componenti architettonici degli edifici; • 2) i moduli devono comunque svolgere una funzione di rivestimento di parti dell’edificio, altrimenti svolta da componenti edilizi non finalizzati alla produzione di energia elettrica; • 3) da un punto di vista estetico, il sistema fotovoltaico deve comunque inserirsi armoniosamente nel disegno architettonico dell’edificio Gli impianti fotovoltaici ricadenti nella tipologia 'su edifici' e gli impianti fotovoltaici integrati con caratteristiche innovative operanti in regime di scambio sul posto e installati su edifici, possono beneficiare inoltre di un premio aggiuntivo qualora abbinati a un uso efficiente dell’energia. VALORIZZAZIONE DELL’ENERGIA PRODOTTA DALL’IMPIANTO In aggiunta all’incentivo, il soggetto responsabile dell’impianto può contare su un ulteriore vantaggio economico, utilizzando l’energia prodotta per: • 1) la cessione in rete (parziale o totale); • 2) i propri autoconsumi; • 3) lo scambio sul posto con la rete elettrica (per gli impianti di potenza fino a 200 kW). Il Conto Energia costituisce la fonte di ricavo principale poiché comporta l’erogazione di un incentivo proporzionale alla produzione di energia elettrica; Altra fonte di ricavo è costituita dalla valorizzazione dell’energia elettrica prodotta dall’impianto che può essere autoconsumata oppure, in tutto o in parte, immessa in rete e quindi venduta al mercato o gestita in modalità di scambio sul posto. • L’autoconsumo dell’energia prodotta costituisce una fonte di ricavo implicita, nel senso che costituisce un risparmio (riduzione della bolletta elettrica) in quanto consente di non acquistare dalla rete l’energia elettrica nella misura corrispondente all’energia autoconsumata; • L’immissione in rete dell’energia elettrica prodotta e non autoconsumata determina invece una fonte di ricavo esplicita. VENDITA DELL’ENERGIA PRODOTTA • INDIRETTA: stipula di convenzione col GSE che vende per conto del produttore l’energia immessa in rete; • DIRETTA: attraverso la vendita in borsa o a un grossista (contratto bilaterale); • SCAMBIO SUL POSTO: consente di valorizzare l’energia immessa in rete secondo un criterio di compensazione economica con il valore dell’energia prelevata dalla rete. Nel coso in cui si consideri lo SCAMBIO SUL POSTO, • Il GSE riconosce un contributo a favore dell’utente dello scambio, che si configura come ristoro di una parte degli oneri sostenuti per il prelievo di energia elettrica dalla rete; • Nel caso in cui il controvalore dell’energia immessa in rete risultasse superiore all’onere energia sostenuto dall’utente dello scambio, l’utente può scegliere tra due opzioni: A) il saldo relativo viene registrato a credito dell’utente medesimo che potrà utilizzarlo per compensare l’onere energia degli anni successivi; B) il saldo relativo viene liquidato dal GSE; tale importo non fa parte del contributo in conto scambio e si configura come una vendita. LA CESSIONE DEL CREDITO PER IL FINANZIAMENTO DELL’IMPIANTO • Il GSE, al fine di facilitare il finanziamento degli impianti fotovoltaici, permette al soggetto la cessione dei crediti derivanti dall’ammissione alle tariffe incentivanti al soggetto finanziatore; • Il GSE ha sottoscritto un accordo quadro con numerosi istituti di credito che consente di avvalersi di modalità semplificate per la cessione del credito. CONCLUSIONI • Se si limita l’esame a impianti di piccola taglia (1-3 kW), realizzati sulle pertinenze di edifici e destinati a operare in regime di scambio sul posto, è possibile effettuare valutazioni approssimate, di validità generale, che portano alle seguenti stime del tempo di ritorno del capitale investito: • Italia settentrionale: 9 – 11 anni • Italia centrale: 7 – 9 anni • Italia meridionale: 6 – 8 anni Ing. Michele Carrubba