fotovoltaico - molacasanova

P R O D U Z I O N E
D A
E N E R G I A
D I
E L E T T R I C A
C O N V E R S I O N E
F O T O V O L T A I C A
Un impianto fotovoltaico è composto da
moduli solari
che generano corrente continua da energia
inverter che trasforma questa corrente continua in corrente alternata da 230 volt, contatori
che misurano la corrente immessa in rete, il cablaggio e strutture di sostegno.
solare, un
Per sfruttare al massimo la potenzialità dell'impianto, i componenti vengono integralmente armonizzati tra
di loro adattandoli in modo ottimale alle condizioni architettoniche.
Un impianto fotovoltaico è composto essenzialmente da:
• moduli o pannelli fotovoltaici;
• inverter, che trasforma la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata;
• misuratori di energia, sono dispositivi che servono a controllare e contabilizzare la quantità di energia
elettrica prodotta e scambiata con la rete.
• quadri elettrici e cavi di collegamento.
Il principio di funzionamento dei pannelli fotovoltaici è detto "effetto fotovoltaico", il quale
rappresenta una sottocategoria dell'effetto fotoelettrico osservato per la prima volta nel XIX
secolo.
L' effetto
fotovoltaico
si manifesta nel momento in cui una radiazione
elettromagnetica [i raggi del sole], colpisce un particolare materiale semiconduttore
opportunamente trattato, ed innesca un movimento di elettroni generando una corrente
elettrica e quindi una differenza di potenziale.
[In fisica dello stato solido l’effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico che si realizza quando
un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente semiconduttore) passa
alla banda di conduzione a causa dell’assorbimento di un fotone sufficientemente energetico
incidente sul materiale. L’effetto fotovoltaico, osservato per la prima volta da Alexandre
Edmond Becquerel nel 1839, costituisce una delle prove indirette della natura corpuscolare
delle onde elettromagnetiche.
Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere
energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l’elettrone
risulta libero di allontanarsi dall’atomo di origine. L’energia minima necessaria all’elettrone per
allontanarsi dall’atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato
più esterno alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla banda
proibita del materiale.]
I pannelli fotovoltaici si distinguono in base alla loro tecnologia di produzione, attualmente le
principali sono:
•
Tecnologia al
SILICIO MONOCRISTALLINO e POLICRISTALLINO;
•
Tecnologia al
SILICIO AMORFO;
•
Tecnologia
CIS.
MONOCRISTALLINO
POLICRISTALLINO
AMORFO A FILM SOTTILE
CIS
Tecnologia al
s i l i c i o
Monocristallino
Tecnologia al
s i l i c i o
Policristallino
Tecnologia al
s i l i c i o
A m o r f o
Tecnologia
Una cella di un modulo al
silicio monocristallino è
costituita da un singolo
cristallo di silicio, il che
garantisce una massima
conducibilità dovuta al
perfetto allineamento
degli atomi di silicio allo
stato puro. Maggiore è la
purezza del materiale,
maggiore è il rendimento,
che nel caso di pannelli al
silicio monocristallino si
aggira attorno al 15%. Le
celle fotovoltaiche che
vanno a costituire il
pannello in silicio
monocristallino, sono di
colore blu scuro a forma
ottagonale, come
mostrato nell' immagine.
Le celle di un pannello in
Le celle dei moduli in
silicio amorfo sono
realizzate con atomi di
silicio senza alcuna
disposizione spaziale
ordinata. La poca
omogenità di tali celle
implica una semplice
realizzazione, ma ciò
influisce sul rendimento,
che per tali pannelli si
aggira attorno al 6%.
Spesso i pannelli di silicio
amorfo vengono fatti
depositare su materiali
plastici e flessibili in modo
da plasmare il pannello
a d a t t a n d o l o ,
eventualmente alla
superfice disponibile,
ottenendo dei fogli sottili
con le caratteristiche dei
moduli fotovoltaici.
Generalmente essi
vengono identificati come
moduli a "film sottile". Sono
quindi adatti per superfici
da ricoprire che non sono
regolari nella forma.
I pannelli fotovoltaici con
silicio policristallino (o
multi-cristallino)sono
costituite da un insieme di
più cristalli di silicio; ciò
rappresenta una minore
purezza che va ad influire
sul rendimento del
pannello stesso, infatti il
rendimento di un pannello
policristallino si aggira
intorno all' 11% - 14%. I
pannelli in silicio
policristallino sono
caratterizzati da un colore
blu intenso.
C
I
S
tecnologia CIS utilizzano al
posto del semiconduttore
una miscela di Rame, Indio
e Selenide (CuInSe2).
Questa tecnologia è
nuova come conferma il
fatto che pochissime
aziende a livello mondiale
l'abbiano inserita nelle
linee di produzione. I test in
laboratorio mostrano una
efficienza che può arrivare
anche al 18% rendendo
questa tecnologia una
scommessa per il futuro e
una nuova strada per la
costruzione di moduli
fotovoltaici economici ed
efficienti.
[I
Un
inverter
N
V
E
propriamente detto è un
convertire una
corrente continua
R
T
E
apparato elettronico
in una corrente
R]
in grado di
alternata.
Esso è
funzionalmente il dispositivo antitetico rispetto a un rettificatore o raddrizzatore di
corrente;
è alimentato con corrente continua, dà una corrente alternata in uscita.
Con lo stesso termine nel linguaggio comune si intende anche un gruppo
"raddrizzatore-invertitore", alimentato a corrente alternata ed utilizzato invece per
variare la tensione e la frequenza della corrente alternata in uscita rispetto a quella in
entrata (ad esempio per l'alimentazione di macchine motrici nelle applicazioni a carico regolabile
ma costante nel tempo).
Il primo ad utilizzare la parola inverter nel settore dell'ingegneria elettrica fu David Chandler Prince
che nel 1925 pubblicò un articolo sulla rivista The General Electric Review, nel quale illustrava il
funzionamento dell'inverter nella conversione di corrente continua in corrente alternata monofase ed
a più fasi.
INVERTER FOTOVOLTAICO PER IMMISSIONE IN RETE
Si tratta di un tipo particolare di inverter progettato espressamente per convertire l'energia elettrica sotto forma di corrente
continua prodotta da modulo fotovoltaico, in corrente alternata da immettere direttamente nella rete elettrica. Queste
macchine estendono la funzione base di un inverter generico con funzioni estremamente sofisticate e all'avanguardia,
mediante l'impiego di particolari sistemi di controllo software e hardware che consentono di estrarre dai pannelli solari la
massima potenza disponibile in qualsiasi condizione meteorologica.
Questa funzione prende il nome di MPPT, un acronimo di origine Inglese che sta per Maximum Power Point Tracker. I moduli
fotovoltaici infatti, hanno una curva caratteristica V/I tale che esiste un punto di lavoro ottimale, detto appunto Maximum
Power Point, dove è possibile estrarre la massima potenza disponibile.
Questo punto della caratteristica varia continuamente in funzione del livello di radiazione solare che colpisce la superficie
delle celle. È evidente che un inverter in grado di restare "agganciato" a questo punto, otterrà sempre la massima potenza
disponibile in qualsiasi condizione.
È infatti nelle giornate con nuvolosità variabile che si verificano sbalzi di potenza solare ampi e repentini. È molto comune
rilevare variazioni da 100W/m² a 1000-1200W/m² in meno di 2 secondi. In queste condizioni, che sono molto frequenti, un
inverter con tempi di assestamento minori di 5 secondi riesce a produrre fino al 5%-10% di energia in più di uno lento.
Alcuni inverter fotovoltaici sono dotati di stadi di potenza modulari, e alcuni sono addirittura dotati di un MPPT per ogni stadio
di potenza. In questo modo i produttori lasciano all'ingegneria di sistema la libertà di configurare un funzionamento master/
slave o a MPPT indipendenti. L'utilizzo di MPPT indipendenti fornisce un vantaggio oggettivo in condizioni di irraggiamento non
uniforme dei pannelli. Infatti non è infrequente che la superficie dei pannelli solari sia esposta al sole in modo difforme su tutto
il campo. Questo perché disposto su due diverse falde del tetto, perché i moduli non sono distribuiti su stringhe di uguale
lunghezza o a causa di ombreggiamenti parziali dei moduli stessi. In questo caso l'utilizzo di un solo MPPT porterebbe l'inverter
a lavorare fuori dal punto di massima potenza e conseguentemente la produzione di energia ne sarebbe danneggiata.
Un'altra caratteristica importante di un inverter fotovoltaico, è
l'interfaccia di rete.
Questa funzione, generalmente
integrata nella macchina, deve rispondere ai requisiti imposti dalle normative dei diversi enti di erogazione di energia elettrica.