Descrizione impianto fotovoltaico

Impianti Fotovoltaici per la produzione di
energia elettrica da fonti rinnovabili, di
potenza totale pari a 2.536,40 kWp
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Breve premessa:
Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia
elettrica mediante effetto fotovoltaico, la teoria fisica che ne spiega il funzionamento deriva
principalmente dall’effetto fotoelettrico, secondo
il quale, una superficie, solitamente metallica e
fotosensibile, ad esempio, il silicio ultrapuro,
emette degli elettroni quando questa viene
colpita da una radiazione elettromagnetica
o pacchetti d’energia detti fotoni, dal greco
photòs, ovvero, luce ed in questo caso più
precisamente: luce solare .
Tale effetto, oggetto di studi da
parte di molti fisici, è stato
fondamentale per comprendere
la natura quantistica della luce,
teoria che fu pubblicata nel
1905 da Albert Einstein e che
per questo, più tardi, ricevette il
premio Nobel per la fisica .
I moduli fotovoltaici in silicio mono o policristallini rappresentano la maggior parte del mercato.
Sono tecnologie costruttivamente simili, e prevedono che ogni cella fotovoltaica sia cablata in
superficie con una griglia di materiale conduttore che ne canalizzi gli elettroni.
Ogni singola cella viene connessa alle altre mediante nastrini
metallici, in modo da formare opportune serie e paralleli elettrici. Il
silicio ultrapuro, ricavato da specifiche procedure di purificazione
dell'ossido di silicio presente in natura, è la componente principe
dell’elevato costo della cella fotovoltaica.
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Dei 2.536,40 kWp attualmente installati, le divisioni Officine Cavallo e O.M.B. hanno contribuito per
prime, terminando a dicembre del 2007 la costruzione di due impianti fotovoltaici per la produzione
di energia elettrica da fonti rinnovabili, della potenza di 348,48 kWp (di picco) cadauno, conformi
alle specifiche richieste dal Gestore dei Servizi Energetici - GSE Spa .
Nel mese di novembre 2010 sono stati completati e messi in esercizio i relativi ampliamenti di
potenza dei due impianti suddetti e precisamente: per Officine Cavallo l’ampliamento installato è di
581,90 kWp mentre per la O.M.B. è di 381,40 kWp .
Nello stesso anno è stato inoltre completato e messo in esercizio l’impianto fotovoltaico della
divisione trasporti e logistica della potenza di 241,59 kWp .
Più recentemente, ovvero nell’estate del 2012, è stato terminato e messo in esercizio l’impianto
fotovoltaico installato sulla copertura dei depositi siti nel Comune di Peveragno della potenza di
634,55 kWp .
Il potenziale totale di produzione da fotovoltaico risulta quindi essere, al momento, di 2,5 MWp e la
produzione annua totale prospettata sarà di circa 3.000.000 kW con una media giornaliera su
base annua di 8.200 kW/gg .
Se pensiamo che una famiglia media consuma, circa, 10 kW al giorno, la nostra produzione “da
fonti rinnovabili” sarebbe in grado di soddisfare le esigenze di oltre 800 famiglie al giorno, diciamo
“sarebbe” perché parte della produzione verrà da noi auto-consumata nella misura di circa il 25% ,
ma il restante 75% verrà immesso nella rete pubblica a disposizione del Gestore dei Servizi
Energetici SpA con il quale è stata stipulata una convenzione di ritiro dedicato, per la vendita
dell’energia elettrica non auto-consumata, ai sensi della delibera AEEG n. 280/07.
Caratteristiche degli impianti:
Officine Cavallo
kWp 348,48 (anno 2007)
O.M.B.
kWp 348,48 (anno 2007)
Ciascuno degli impianti è formato principalmente da nr. 1936 moduli fotovoltaici (Mitsubishi)
composti da celle di silicio policristallino quadrate da 156 mm di lato, poste in serie, della
potenza di 180 W ciascuno, con un efficienza RMODULI (rendimento di conversione) del 13,8 %
Le dimensioni del singolo pannello sono di 1658x834x46 mm, contenute nel peso complessivo
di 19 Kg .
Il campo fotovoltaico è esposto, con un orientamento azimutale a 0° rispetto al sud ed ha
un’inclinazione rispetto all’orizzontale di 30° . T ale esposizione è la più idonea al fine di
massimizzare l’energia producibile. E’ stato scelto un fattore di riduzione delle ombre del 95%,
garantendo così che le perdite di energia derivanti da fenomeni di ombreggiamento non siano
superiori al 5% su base annua. Gli impianti in oggetto sono del tipo "non integrato", in quanto i
moduli sono ubicati al suolo piuttosto che sulle superfici esterne dei fabbricati esistenti adibiti
ad officina camion .
La tariffa incentivante, meglio conosciuta come contributo sulla produzione, per questi due
impianti è regolata dal Conto Energia del 2007 (primo conto energia) emanato con D.M.
(Ministero dello Sviluppo Economico) del 19 febbraio 2007 .
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Officine Cavallo
kWp 581,90 (anno 2010)
Questo impianto è formato da nr. 2530 moduli fotovoltaici (Solarday) composti da celle di silicio
policristallino quadrate da 156 mm di lato, poste in serie, della potenza di 230 W ciascuno , con
un efficienza RMODULI (rendimento di conversione) del 15,8 %
Le dimensioni del singolo pannello provvisto di cornice in alluminio sono di 1665x1005x43 mm,
contenute nel peso complessivo di 22 Kg .
I campi fotovoltaici sono esposti con un orientamento azimutale a 0° rispetto al sud ed hanno
diverse inclinazioni a seconda del tetto che occupano, essendo dislocati su diversi fabbricati
piuttosto che sulle pensiline a servizio degli impianti di lavaggio e di carburante .
Queste diverse inclinazioni creano campi fotovoltaici definiti “stagionali” ovvero dai rendimenti
diversi a seconda della posizione del sole e quindi dell’angolo di radiazione solare rispetto
all’orizzonte con il quale vengono colpiti; per cui avremo campi meno inclinati, e quindi molto
efficienti nella stagione estiva e campi più inclinati, più adatti ad una stagione nella quale la
posizione del sole risulti essere bassa rispetto al terreno e quindi prettamente invernale.
L’ impianto in oggetto è del tipo "non integrato" e la tariffa incentivante è stata stabilita dal
secondo conto energia ai sensi del D.M. del 19/02/2007 .
O.M.B.
kWp 381,40 (anno 2010)
Questo impianto è formato da due campi fotovoltaici:
Il primo campo si sviluppa su nr. 1660 moduli fotovoltaici (Hyundai) composti da 54 celle di
silicio policristallino poste in serie, della potenza di 203 W ciascuno, con un efficienza RMODULI
(rendimento di conversione) del 14,2 % . Le dimensioni del singolo pannello sono di
1476x983x35 mm, contenute nel peso complessivo di 17 Kg .
Il campo fotovoltaico è esposto, con un orientamento azimutale a 0° rispetto al sud ed ha
un’inclinazione rispetto all’orizzontale di 30° . R ispetto ai moduli fotovoltaici Mitsubishi, facenti
parte dell’impianto anno 2007, gli attuali moduli, Hyundai, sono stati installati ad una altezza
superiore dal piano di appoggio, per evitare, nei periodi invernali, l’accumulo della neve sulle
celle del pannello poste più in basso che andrebbero a compromettere la produzione dell’intero
pannello.
Il secondo campo, invece, è formato da nr. 189 moduli fotovoltaici (Silfab) composti da celle di
silicio monocristallino quadrate da 156 mm di lato, poste in serie, della potenza di 235 W
ciascuno , con un efficienza RMODULI (rendimento di conversione) del 14,4 % . Le dimensioni del
singolo pannello provvisto di cornice in alluminio sono di 1650x990x38 mm, contenute nel peso
complessivo di 19 Kg .
Il campo fotovoltaico in questione è esposto con un orientamento azimutale a 0° rispetto al sud
ed ha un’inclinazione rispetto all’orizzonte di 90°, ovvero, i moduli fotovoltaici sono posti in
verticale sulla facciata del capannone in uso alla O.M.B. Srl .
Questo tipo di inclinazione, per i motivi già sopra esposti, ci permette di avere ottime efficienze
in termini di rendimento nel periodo autunno/inverno .
L’ impianto in oggetto è del tipo "non integrato" e la tariffa incentivante è stata stabilita dal
secondo conto energia ai sensi del D.M. del 19/02/2007 .
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Autotrasporti Cavallo Boves
kWp 241,59 (anno 2010)
Questo impianto è formato da due tipi di pannelli fotovoltaici:
Nr. 715 moduli fotovoltaici Solarday (vedi sopra)
Nr. 380 moduli fotovoltaici Hyundai (vedi sopra)
I campi fotovoltaici derivanti da questo impianto hanno una duplice funzione: oltre a produrre
energia elettrica, costituiscono la copertura delle pensiline adibite a parcheggi coperti a servizio
dell’azienda oltre a formare, per una piccola parte di essi, una struttura frangisole sulla facciata
del capannone in uso alla O.M.B. Srl.
La loro esposizione risulta avere un orientamento azimutale a 0° rispetto al sud ed una
inclinazione di circa 20° rispetto all’orizzonte.
L’ impianto in oggetto è del tipo "totalmente integrato" e la tariffa incentivante è stata stabilita
dal secondo conto energia ai sensi del D.M. del 19/02/2007 .
Autotrasporti Cavallo Peveragno
kWp 634,55 (anno 2012)
Questo impianto è formato da due nr. 2.590 moduli fotovoltaici Solsonica composti da 60 celle
di silicio policristallino con tecnologia 3bus bar, della potenza di 245 W ciascuno, con un
efficienza RMODULI (rendimento di conversione) del 14,8 % . Le dimensioni del singolo pannello
sono di 1663x998x35 mm, contenute nel peso complessivo di 21 Kg .
L’impianto fotovoltaico è del tipo “su edificio” installato in modo complanare alla superficie del
tetto di copertura dei depositi .
L’ esposizione è rivolta verso tutti e quattro i punti cardinali essendo installato su due tetti
dall’orientamento opposto .
Il conto energia che ne regolamenta la tariffa incentivante è il quarto .
Note: Il conto energia fotovoltaico è il programma di incentivazione in conto esercizio ai sensi del D.M. del
19/02/2007 per la promozione di elettricità da fonte solare, che attribuisce, a seconda del tipo di integrazione
dell’impianto, un incentivo economico in funzione dei kWh prodotti .
Descrizione generale
Gli impianti fotovoltaici in oggetto sono connessi alla rete di alimentazione trifase lato Bassa
Tensione 400 V 50 Hz .
Tali impianti nei loro componenti principali sono così composti:
•
Campo o Generatore fotovoltaico
•
Quadri di campo
•
Inverter
•
Quadri di sezionamento
• Strutture di sostegno
La corrente in uscita dai pannelli fotovoltaici è di tipo “continua” e quindi per poterla utilizzare deve
essere prima convertita in corrente alternata, questo compito è assolto, da complessi dispositivi
elettronici definiti inverter, nel nostro caso forniti dalle ditte Sputnik Engineering (Inverter
centralizzati) e Power One (Inverter di stringa), specializzate nel settore fotovoltaico .
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Producibilità dell’impianto – previsioni
Il sole emmette una potenza pari a circa 175 / 178 miliardi di MWatt, di cui solo circa 1.350 W/m2
raggiungono l’atmosfera terrestre. A causa della dispersione nell’atmosfera, la superficie terrestre
viene raggiunta da circa 1.000 W/m2 (valori medi).
La quantità di energia elettrica producibile sarà calcolata sulla base dei dati radiometrici di cui alla
norma UNI 10349 dell’Atlante Europeo della Radiazione Solare (Photovoltaic Geographical
Information System - Interactive Maps. ) ed utilizzando i metodi di calcolo illustrati nella norma
UNI 8477-1.
E’ bene però non farsi trarre in inganno nell’immaginare quelle zone ad alta radiazione (mostrate
nella figura sopra esposta con i colori tendenti al rosso) più idonee all’installazione di impianti di
questo tipo, perché, alla base di una buona produzione da fotovoltaico un fattore molto importante
da tenere presente è la temperatura ambiente che influenza particolarmente, in modo
inversamente proporzionale (temperatura/rendimento), la produzione delle celle fotovoltaiche .
La valutazione della risorsa solare disponibile è stata effettuata prendendo come riferimento la
località che dispone dei dati storici di radiazione solare nelle immediate vicinanze di BOVES.
In base alla Norma UNI 10349 la località che meglio identifica quanto sopra esposto è CUNEO.
E’ stato scelto un fattore di riduzione delle ombre del 95% .
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Irraggiamento solare a CUNEO
in base alla norma UNI 10349 e calcolato su moduli esposti a 0° rispetto al Sud ed inclinati
rispetto all’orizzontale di 30°
Fattore di albedo scelto: Superfici scure di edifici (mattoni scuri, vernici scure)
Mese
Gennaio
Febbraio
Marzo
Aprile
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settembre
Ottobre
Novembre
Dicembre
Radiazione
Diretta
2
(Wh/m )
1887
2250
2485
2467
2276
2554
3181
2601
2411
2120
1829
1896
Giornaliero
Radiazione
Radiazione
Diffusa
Riflessa
2
2
(Wh/m )
(Wh/m )
648
28
933
41
1348
58
1762
73
2073
82
2203
93
2099
102
1866
80
1477
62
1063
44
726
30
570
25
Mensile
Totale
2
(Wh/m )
2562
3223
3890
4303
4432
4850
5382
4547
3951
3226
2584
2491
Totale
2
(kWh/m )
79
90
121
129
137
146
167
141
119
100
78
77
1.383
Tot. annuale
In base alle norme UNI 8477-1 e UNI 10349, l’irraggiamento medio annuo calcolato su moduli
esposti a 0° rispetto al Sud ed inclinati rispetto all’orizzontale di circa 30° con un fattore di albe do
(riflessione) scelto: superfici scure di edifici risulta essere pari a 1.383 kWh/m².
Il rendimento dei pannelli solari è influenzato da diverse variabili, due di queste sono la loro
inclinazione e il loro orientamento. Il massimo rendimento viene ottenuto quando le radiazioni
solari giungono sul pannello direttamente e perpendicolarmente. L'inclinazione dei raggi solari
varia sia al variare della latitudine sia in base al periodo dell'anno. Ne consegue che per ottenere
rendimenti migliori si dovrebbe periodicamente variare l'inclinazione dei pannelli. Nel caso dei
nostri impianti l'inclinazione è di tipo fisso e viene calcolata e regolata in modo da massimizzare il
rendimento medio dei pannelli.
Per quanto riguarda l'orientamento dei pannelli la regola generale è ovviamente quella di rivolgerli
verso il sole. Nel nostro emisfero (quello boreale) il sole percorre il cielo nella zona sud;
conseguentemente i pannelli solari vengono in genere montati orientandoli verso sud. A questa
regola esistono alcune eccezioni dovute al fatto che in determinate zone sono presenti alcune
"regolarità meteorologiche" come, per esempio, la foschia mattutina o le piogge pomeridiane; in
presenza di tali condizioni può essere più conveniente orientare diversamente i pannelli solari.
Vediamo come: orientando i pannelli solari verso sud-ovest si sfruttano le radiazioni solari
pomeridiane sacrificando quelle mattutine (questa scelta viene fatta in zone in cui la foschia
mattutina è spesso presente). Orientando i pannelli solari verso sud-est (può essere il caso di
quelle zone costiere e montane caratterizzate da regolari piogge pomeridiane) si sfruttano
maggiormente le ore mattutine sacrificando quelle del pomeriggio.
L’impianto fotovoltaico funziona al meglio in presenza di irraggiamento solare diretto (cielo sereno,
moduli orientati a sud, temperatura di 25°C ), ma u n minimo di energia elettrica è prodotta anche in
caso di cielo nuvoloso, sfruttando la radiazione solare diffusa.
La nostra potenza installata alle condizioni ideali STC (irraggiamento dei moduli di 1000 W/m² a
25°C di temperatura) risulta essere:
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PSTC = PMODULI x N°MODULI = 2.536,40 kWp (di picco)
Considerando un’efficienza del B.O.S. (Balance of system) del 85% che tiene conto delle perdite
dovute a diversi fattori quali: maggiori temperature, superfici dei moduli polverose, differenze di
rendimento tra i moduli, perdite dovute al sistema di conversione e trasporto, perdite di potenza
dovute a scostamenti dalle condizioni ideali STC, la potenza sul lato corrente alternata sarà
uguale a:
PCA= PSTC x 85% = 2.155,94 kWp
L’energia producibile su base annua dal sistema fotovoltaico è data da:
E [kWh/anno) = (I x A x Kombre x RMODULI x RBOS)
In cui:
I = irraggiamento medio annuo
A = superficie totale dei moduli
Kombre = Fattore di riduzione delle ombre
RMODULI = rendimento di conversione dei moduli
RBOS = rendimento del B.O.S
Come si misura l’ energia elettrica
Per misurare l’energia si utilizzano due contatori, il primo quello posto nelle immediate vicinanze
dell’Inverter misura l’energia totale prodotta ed è installato da funzionari dell’UTIF che ne attestano
il corretto funzionamento e lo piombano per evitare che possa essere manomesso.
Il secondo contatore, installato dal gestore di rete, è di tipo bidirezionale, ovvero, misura sia
l’energia che preleviamo dall’esterno sia quella che, prodotta e non utilizzata, cediamo alla rete.
Perché è importante il fotovoltaico
Nel 2030, secondo gli studiosi del settore, avremo bisogno del 60% di energia in più rispetto ad
oggi. Con l’esaurirsi delle fonti fossili o non rinnovabili (petrolio, carbone, gas naturale…) dovremo
cercare altrove l’energia di cui lo sviluppo vorrà nutrirsi. Il percorso obbligatorio da seguire è verso
quelle energie definite “rinnovabili” e quindi non esauribili, come ad esempio: il sole, il vento, le
risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione in energia
elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici .
Le fonti energetiche fossili derivano da un lentissimo processo di degrado del materiale organico
(circa 100 milioni di anni), mentre vengono utilizzate ad un ritmo estremamente più veloce (in 150
anni si sono consumate circa la metà delle risorse disponibili). La combustione ai fini di produzione
energetica di tali risorse comporta l'emissione di grandi quantità di anidride carbonica (CO2) che
sta provocando un effetto serra aggiuntivo a quello naturale e un conseguente aumento di
temperatura (vedi protocollo di Kyōto).
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Questo riscaldamento globale della bassa atmosfera e della superficie terrestre ha come
conseguenza un cambiamento del clima, dalla cui entità e velocità dipenderanno gli effetti sugli
ecosistemi terrestri ed acquatici, sulla salute umana e sui sistemi socio-economici.
Le fonti rinnovabili oltre ad essere importanti per il loro rigenerarsi nel tempo, sono e saranno
sempre più importanti perché il loro utilizzo non pregiudicherà le risorse naturali necessarie alle
generazioni future.
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