Energia pulita dal fotovoltaico

Gli impianti energia solare contribuiscono al rispetto dell’ambiente in maniera rilevante, in quanto non emettono anidride carbonica (CO2) che è uno degli elementi maggiormente responsabili dell’effetto serra, che invece si sviluppa nella combustine di gas, petrolio, carbone. Il sole nel suo processo di fusione nucleare (in cui due nuclei d’idrogeno si fondono in un nucleo di elio) produce una enorme quantità di energia che si propaga nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche. Soltanto una piccola parte di questa energia solare arriva sulla Terra, ma questa limitata porzione di energia è circa 10.000 volte più grande dell’energia utilizzata attualmente in tutto il pianeta. E' bene sottolineare che l’energia solare è la principale fonte di energia presente sulla terra e con il funzionamento di un impianto fotovoltaico riusciamo a raccoglierne una parte per trasformarla in energia elettrica. Nel nostro paese esiste un’alta disponibilità di radiazione solare (in particolare nel centro sud) che ci permette di avere un rendimento fino al 40% più elevato in confronto agli impianti fotovoltaici presenti in nord Europa. Come detto l'effetto fotovoltaico è prodotto dalla conversione dell'energia solare in elettricità, processo possibile per le particolari proprietà fisiche di alcuni materiali chiamati semiconduttori. L'effetto fotovoltaico si manifesta nel momento in cui una radiazione elettromagnetica colpisce un particolare materiale semiconduttore opportunamente trattato e innesca un movimento di elettroni che generano una corrente elettrica e quindi una differenza di potenziale. L'odierna tecnologia ha un grosso limite per la bassa percentuale di conversione in energia elettrica che non supera il 18% dell'energia solare che arriva sulla cella fotovoltaica (mentre per l’energia solare termica il rendimento supera l’80%). La produzione dell’energia solare fotovoltaica è legata alla cella costruita con materiale semiconduttore molto sottile (viene spesso usato il silicio che è elemento molto diffuso in natura) a cui si collegano i contatti elettrici; esponendola alla radiazione solare questa cella produce energia elettrica in corrente continua, che in seguito viene trasformata in corrente alternata (tramite un apparecchio chiamato "inverter") per adoperarla negli impianti elettrici domestici o di aziende; cioè si comporta come un generatore di corrente che ha come parametri fondamentali: l’intensità della radiazione solare, la temperatura che raggiunge e la superficie esposta. Realizzare un impianto fotovoltaico può essere anche una discreta modalità d’investimento a medio termine, poiché in pochi anni si può ammortizzare e procurare un utile abbastanza rilevante. Va rilevato che per avere il maggiore rendimento economico dell’energia prodotta da un impianto fotovoltaico la strada migliore è quella dell'"autoconsumo istantaneo" o "autoconsumo in sito”, che avviene nel momento stesso della produzione di energia; in tal modo abbiamo il vantaggio di contenere o azzerare la bolletta elettrica, evitando di pagare tutte le spese e gli oneri addebitati nelle bollette stesse.

Energia solare fotovoltaica: Link di riferimento

Vi segnaliamo i link di enti/aziende che si occupano di energia solare fotovoltaica. Enel Green Power società del Gruppo Enel dedicata allo sviluppo e alla gestione delle attività di generazione di energia da fonti rinnovabili a livello internazionale, presente in Europa e nel continente americano; leader di settore a livello mondiale grazie a quasi 21 miliardi di chilowattora prodotti da acqua, sole, vento e calore della terra; realizza impianti di produzione di energia solare fotovoltaica per: agriturismo, aziende agricole, piccola e media impresa, condomini, centri commerciali, porti turistici, strutture turistiche e villette. Enea - Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile - si occupa di tecnologie per l'energia da fonti rinnovabili in particolare di energia solare fotovoltaica, facendo un'ampia descrizione delle modalità e dei sistemi di ottenimento di energia elettrica dalle radiazioni solari. Asso Energie Future è una associazione senza fini di lucro che ha sede a Roma e si pone l’obiettivo di creare una forte industria italiana delle energie rinnovabili; l’associazione assiste, tutela e coordina l’attività di tutte le aziende e gli enti che svolgono attività di produzione e/o distribuzione di energie rinnovabili e attività di produzione e/o distribuzione di componenti di impianti per la produzione di energie rinnovabili (in particolare fotovoltaico ed eolico). Promuove accordi per migliorare la collaborazione tra gli associati. Rappresenta in maniera sistematica i loro interessi, e quelli del sistema Paese, nelle opportune sedi istituzionali. Rinnovabili.it è un quotidiano d'informazione online sulle fonti rinnovabili di energia e sui problemi legati alla tutela dell’ambiente ed al risparmio energetico; in particolare si occupa di: energia eolica, energia solare fotovoltaica, energia solare termica, efficienza energetica, biogas, biomassa, geotermia, mini-idro, cogenerazione, bioclimatica, mobilitá sostenibile, nautica sostenibile.

Energia solare fotovoltaica: Tipologie d’impianto       
Gli impianti per la produzione di energia solare fotovoltaica sono generalmente classificati nelle seguenti tipologie:
♦ "impianti isolati" (stand-alone) non collegati con la rete elettrica pubblica, vengono realizzati in particolare in rifugi di montagna, piccole comunità, villaggi isolati, piccole isole oppure su imbarcazioni, auto elettriche, caravan; hanno necessità di batterie di accumulo dell’energia prodotta per bilanciare lo sfasamento temporale tra il momento in cui si produce energia e quello del suo utilizzo;
♦ "impianti connessi" (grid-connected) sono allacciati alla rete elettrica e vi scaricano l’energia prodotta, con un rapporto di scambio energetico (in questo caso la rete ha la funzione di serbatoio di accumulo);
♦ "impianti ibridi" sono formati da impianti fotovoltaici integrati da altre fonti di energia come i generatori eolici che nei momenti in cui il sole non è disponibile (in inverno e di notte) tendono a  migliorare il loro funzionamento per l’aumentare del vento.
Altra classificazione si può fare rispetto alla potenza degli impianti:
♦  di potenza inferiore a 20kWp;
♦  aventi potenza superiore a 20kWp.
Il primo tipo comprende i diversi tipi d’impianto installati su stabili di privati cittadini, di attività commerciali/artigianali e di piccole aziende; richiede modesti impegni amministrativi e gestionali e può avvalersi del servizio di "Scambio di energia alla pari" da parte della società distributrice dell'energia elettrica.              

Energia solare fotovoltaica: Come sono strutturati gli impianti

Si può avere l’energia solare fotovoltaica sfruttando un insieme di celle solari collegate tra di loro che compongono un modulo fotovoltaico capace di fornire una potenza elettrica che normalmente va dai 50 e ai 100 W; più moduli collegati fra loro costituiscono un pannello. I pannelli fotovoltaici sono utilizzati in quanto il loro impiego è estremamente flessibile e permettono di ottenere energia elettrica a basso costo di esercizio. Vediamo quali sono le principali tipologie dei pannelli fotovoltaici:
1.  pannello in "silicio policristallino" (o multi-cristallino) con celle formate da un insieme di più cristalli di silicio; che non sono particolarmente puri quindi con un rendimento abbastanza contenuto tra il 10% e 14%;
2.  pannello al "silicio monocristallino" con celle formate da un singolo cristallo di silicio in grado di garantire la massima conducibilità, che si ha per il perfetto allineamento atomico del silicio allo stato puro (rendimento valutabile al 15%);
3.  pannello a "silicio amorfo" che viene depositato in film di atomi di silicio su una piastra di vetro, è indicato con la sigla a-Si e ha costi più bassi rispetto al monocristallino e al policristallino; il suo rendimento è tra il 5 e il 10%, ma funziona anche quando il cielo è coperto da nuvole;
4.  pannello denominato "CIS" che al posto del silicio impiega una miscela di rame, indio e selenide, che attualmente non ha ancora una grande diffusione, ma la cui efficienza può raggiungere il 18%;
5. pannello a "film sottile" (a silicio amorfo o a telloruro di cadmio) che sta prendendo sempre più piede, da cui si ottengono discreti rendimenti energetici anche in caso di luce diffusa o di alte temperature, situazioni che tendono a ridurre il rendimento dell'impianto. I pannelli a film sottile hanno però un minore rendimento, in relazione all'area occupata per kw generato.

Energia solare fotovoltaica: Elementi componenti l’impianto
La conversione dell’energia nei moduli fotovoltaici avviene in tempo reale, per cui è necessario che siano presenti altri componenti di tipo meccanico, elettrico ed elettronico che adeguatamente connessi ci consentono la produzione di energia elettrica. 
Per produrre energia solare fotovoltaica tramite “impianti fotovoltaici isolati” sono necessari alcuni elementi fondamentali come:                                                   
1. pannelli solari fotovoltaici o moduli fotovoltaici, elementi indispensabili dell'impianto, captano la radiazione solare e la trasformano in energia elettrica;                                       
2. regolatore di carica delle batterie;  
3. batterie di accumulo;     
4. utilizzatori vari (frigo, televisione, lavatrice, …).     
I componenti principali degli “impianti fotovoltaici connessi alla rete” elettrica pubblica sono:                    
1. generatore fotovoltaico formato da moduli fotovoltaici connessi tra loro, che servono a captare la radiazione proveniente dal sole trasformandola in corrente elettrica continua;
2. inverter, componente che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli fotovoltaici in corrente alternata compatibile con la rete elettrica pubblica;                     
3. sistema di protezione e controllo, componente da inserire tra l'inverter e la rete che questo alimenta;  
4. quadro elettrico: è l’elemento di protezione in lato continuo ed in lato alternato dell’impianto,  costituito in massima parte da scaricatori di tensione e interruttori automatici;
5. cavi di connessione, che sono un componente spesso sottovalutato, ma devono presentare un'adeguata resistenza ai raggi UV ed alle temperature abbastanza elevate;          
6. sistema di misurazione, realizzato con misuratori di energia che tengono sotto controllo e contabilizzano l’energia elettrica prodotta e scambiata con la rete pubblica, in genere sono installati due contatori, il primo registra la corrente prodotta dall’impianto fotovoltaico (a questo contatore è associato il meccanismo di finanziamento statale), il secondo è bidirezionale per cui è in grado di fare un bilancio tra l’energia immessa dall’impianto verso la rete elettrica e quella prelevata dalla rete elettrica verso l’utenza (a questo secondo contatore è associato il risparmio sulla bolletta elettrica).
Gli impianti fotovoltaici connessi alla rete non hanno batterie per l’accumulo di energia, per cui in caso di mancata erogazione di corrente elettrica dalla rete non è certo che il proprietario dell'impianto abbia a disposizione l’elettricità. L'incentivo statale in conto energia può essere richiesto solamente per impianti connessi alla rete.

Energia solare fotovoltaica: La realizzazione di un impianto
Per ottenere l’energia solare fotovoltaica è necessario realizzare un impianto fotovoltaico, per questo vanno effettuati vari adempimenti operativi e amministrativi. Vediamo quali sono le diverse fasi per la realizzazione di un impianto fotovoltaico:
- valutazione o studio di fattibilità (programmazione dei dati energetici, determinazione dei costi di gestione, valutazione del costo dell’impianto, realistica possibilità di costruire l'impianto nel sito individuato);
- progettazione, che viene fatta tenendo conto di tutte le valutazioni tecniche e normative;
- realizzazione dell'impianto, con l'installazione deii componenti tenendo presente quanto stabilito nel progetto e nel rispetto della normativa;
- attività amministrativa, ovvero presentazione della domanda al GSE (gestore servizi energetici) per avere gli incentivi pubblici per l’energia prodotta.
E’ opportuno sapere che gli impianti per produrre l’energia solare fotovoltaica hanno bisogno di adeguate strutture di sostegno per il fissaggio dei pannelli, sia per quelli a terra che per quelli sulla falda; inoltre i pannelli vanno installati con le superfici rivolte a sud, ove non sia possibile è conveniente orientarli verso-sud-est o sud-ovest (con rendimento inferiore rispetto al posizionamento ideale) e con inclinazione di 30 gradi rispetto al piano con cui si ha la maggiore produzione di energie annuale (vale per gli impianti fotovoltaici installati in Italia). Gli impianti fotovoltaici possono essere integrati nell’architettura degli edifici, e questo permette di avere un notevole miglioramento dell’estetica del fabbricato e un aumento degli incentivi pubblici.

Energia solare fotovoltaica: Nuove tecnologie
Allo stato attuale sono in fase di sperimentazione moduli fotovoltaici non legati al silicio che permetteranno a breve di avere impianti a costi più bassi e rendimenti energetici più elevati. In particolare sono in fase di sperimentazione nuovie tipologie di impianti fotovoltaici legati alle "nanotecnologie" che trovano diverse applicazioni pratiche e che danno risultati molto favorevoli soprattutto con lo sviluppo della "vernice fotovoltaica" alternativa al classico silicio finora adoperato.
Tra i nuovi materiali è particolarmente interessante il "fotovoltaico organico" che ha grandi potenzialità di produzione e potrà portare anche una rilevante diminuzione dei costi di produzione. In questo nuovo tipo di impianto le celle organiche risultano più efficienti (in analogia al processo di fotosintesi clorofilliana) e utilizzano una miscela di materiali in cui un pigmento assorbe la radiazione solare e gli altri componenti estraggono la carica per produrre elettricità. I pigmenti utilizzati sono numerosi e tra questi si possono adoperare anche quelli a base vegetale. Il settore delle celle solari organiche contiene tutti quei dispositivi la cui parte fotoattiva è fondata sui composti organici del carbonio. La struttura base di una cella organica è abbastanza semplice e viene denominata “a sandwich”, è formata da un strato di base (in genere di vetro o materiale plastico flessibile) e da una o più pellicole molto fini, che comprendono materiali fotoattivi (inframmezzati tra due elettrodi con capacità conduttive) in modo da ottimizzare l'assorbimento dello spettro solare.

Energia solare fotovoltaica: Pro e contro
Gli impianti capaci di ottenere energia solare fotovoltaica presentano diversi "aspetti positivi" quali: non ci sono emissioni inquinanti nell’aria, rilevante affidabilità in quanto non ci sono parti in movimento, periodo di vita abbastanza elevato (25÷30 anni), modesti costi di esercizio e manutenzione, risparmio dei combustibili fossili, incentivo economico pubblico con il conto energia. Però presentano diversi "aspetti negativi": rilevanti costi d’installazione, variabilità della fonte energetica e occupazione di ampie superfici di terreno.  

Infine segnaliamo il rapporto Renewables 2017 dell'International Energy Agency che rappresenta il forte aumento delle fonti rinnovabili che hanno assicurato i due terzi della nuova potenza elettrica installata nel mondo. In particolare il fotovoltaico è stato trainante con un boom in Cina che la pone al primo posto del settore con la metà del mercato globale, superando già ora il suo obiettivo fotovoltaico al 2020.