Impianto fotovoltaico: cosa è e come funziona

Un impianto fotovoltaico è un sistema che permette di produrre energia elettrica sfruttando la luce del sole, una fonte rinnovabile e inesauribile. Il fotovoltaico è una tecnologia pulita, che non emette gas serra e che contribuisce a ridurre la dipendenza dalle fonti fossili. Ma come funziona un impianto fotovoltaico? Quali sono i suoi componenti principali? Quali sono i vantaggi di installare un impianto fotovoltaico sul tetto della propria casa o della propria azienda? Cosa devo valutare e tenere in considerazione quando valuto un installazione? Questi ed altri aspetti li andremo a vedere in questo articolo.

Cosa è un impianto fotovoltaico.

Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che trasforma l’energia solare in energia elettrica, grazie all’utilizzo di speciali dispositivi chiamati moduli fotovoltaici. I moduli fotovoltaici sono costituiti da celle di silicio, il materiale più usato nel settore, che sfruttano l’effetto fotovoltaico: quando la luce del sole colpisce le celle, gli elettroni presenti nel silicio si muovono e generano una corrente elettrica continua

La corrente continua viene poi convertita in corrente alternata, quella che usiamo nelle nostre abitazioni e nelle nostre attività, da un altro dispositivo chiamato inverter. L’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico può essere usata per alimentare i propri consumi, oppure può essere immessa nella rete elettrica e venduta al gestore. In questo caso, si parla di impianti connessi alla rete o grid-connected.

Esistono anche impianti isolati dalla rete o stand-alone, che sono indipendenti dalla rete elettrica e che servono a fornire energia a carichi specifici, come ad esempio le abitazioni rurali o le stazioni di telecomunicazione. Questi impianti sono spesso dotati di un sistema di accumulo, come le batterie, che permette di immagazzinare l’energia in eccesso e di utilizzarla quando la fonte solare non è disponibile.

Come funziona un impianto fotovoltaico.

Il funzionamento di un impianto fotovoltaico dipende dal tipo di impianto e dalla sua configurazione. In generale, possiamo distinguere due fasi principali: la produzione e la gestione dell’energia.

La produzione dell’energia.

La produzione dell’energia avviene nei moduli fotovoltaici, che sono collegati tra loro in serie o in parallelo per formare il generatore fotovoltaico. Il generatore fotovoltaico è la parte dell’impianto che cattura la radiazione solare e la converte in energia elettrica continua. La quantità di energia prodotta dipende da diversi fattori, come la potenza dei moduli, l’irraggiamento solare, l’orientamento e l’inclinazione dei moduli, la temperatura, gli ombreggiamenti e le perdite elettriche. Per ottimizzare la produzione, è importante scegliere i moduli più adatti alle proprie esigenze, posizionarli in modo da massimizzare l’esposizione al sole e minimizzare gli ombreggiamenti, e monitorare il funzionamento dell’impianto.

La gestione dell’energia.

La gestione dell’energia avviene nell’inverter, che è il dispositivo che trasforma la corrente continua in corrente alternata, e nel quadro elettrico, che è il dispositivo che controlla e protegge l’impianto. L’inverter ha il compito di adattare la tensione e la frequenza dell’energia prodotta a quelle della rete elettrica, e di sincronizzare l’impianto con la rete stessa. L’inverter ha anche la funzione di ottimizzare il rendimento dell’impianto, regolando il punto di lavoro dei moduli in base alle condizioni di irraggiamento e di temperatura. Inoltre, l’inverter può integrare dei sistemi di gestione intelligente dell’energia, che permettono di monitorare i consumi, di regolare i flussi di energia tra produzione, consumo, rete e accumulo, e di partecipare ai servizi di rete, come la regolazione della frequenza e della tensione. Il quadro elettrico, invece, ha il compito di proteggere l’impianto da eventuali sovraccarichi, cortocircuiti, guasti o fulmini, e di interrompere l’erogazione dell’energia in caso di mancanza della rete, per garantire la sicurezza degli operatori e degli utenti.

Da cosa è composto un impianto fotovoltaico.

Un impianto fotovoltaico è composto da diversi elementi, che possono variare a seconda del tipo e della dimensione dell’impianto. In generale, possiamo individuare i seguenti componenti principali:

Moduli fotovoltaici.

I pannelli fotovoltaici sono i dispositivi che trasformano la luce del sole in energia elettrica continua. Sono costituiti da celle di silicio, che possono essere di tipo monocristallino, policristallino o amorfo, a seconda del grado di purezza e di struttura del materiale. I moduli fotovoltaici hanno una potenza nominale, espressa in watt picco (Wp), che indica la massima potenza che possono erogare in condizioni standard di irraggiamento (1000 W/m2) e di temperatura (25°C). La potenza effettiva, invece, dipende dalle condizioni reali di funzionamento dell’impianto.

Strutture di sostegno.

Sono i componenti che fissano i moduli al tetto o al suolo, e che ne determinano l’orientamento e l’inclinazione. L’orientamento ideale dei moduli è verso sud, per sfruttare al meglio la traiettoria del sole, mentre l’inclinazione ottimale dipende dalla latitudine del luogo di installazione e dalla stagione. Le strutture di sostegno devono essere resistenti agli agenti atmosferici e alle sollecitazioni meccaniche, e devono garantire una buona ventilazione dei moduli, per evitare il surriscaldamento delle celle.

Inverter.

L’inverter è il dispositivo che converte la corrente continua in corrente alternata, adatta al trasporto e all’utilizzo dell’energia elettrica. L’inverter può essere di tipo centralizzato, quando serve un intero impianto, o di tipo distribuito, quando serve una singola stringa o un singolo modulo. L’inverter ha una potenza nominale, espressa in watt o in kilowatt (W o kW), che indica la massima potenza che può erogare in uscita. Il rendimento dell’inverter, invece, indica la percentuale di energia che viene effettivamente convertita, rispetto a quella che entra in ingresso. Il rendimento dipende dalla qualità dell’inverter e dal suo punto di lavoro, che varia in funzione della potenza prodotta dall’impianto.

Quadro elettrico.

Il quadro è il dispositivo che controlla e protegge l’impianto, e che lo collega alla rete elettrica. Il quadro elettrico contiene diversi componenti, come gli interruttori, i fusibili, i contatori, i relè e i dispositivi di protezione. Il quadro elettrico deve essere conforme alle norme di sicurezza elettrica CEI e deve essere dotato di un sistema di sezionamento, che permette di isolare l’impianto dalla rete in caso di necessità.

Sistema di accumulo.

La batteria di accumulo è il dispositivo che immagazzina l’energia elettrica prodotta in eccesso dall’impianto, e che la restituisce quando la produzione è inferiore al consumo. Il sistema di accumulo può essere costituito da batterie, che possono essere di diverso tipo, come al piombo, al litio, al nichel o al sodio. Il sistema di accumulo ha una capacità, espressa in ampere/ora (Ah) o in kilowatt/ora (kWh), che indica la quantità di energia che può immagazzinare. Il rendimento del sistema di accumulo, invece, indica la percentuale di energia che viene effettivamente restituita, rispetto a quella che viene richiesta.

Come dimensionare un impianto fotovoltaico.

Il corretto dimensionamento dell’impianto fotovoltaico dipende da alcuni fattori che possono essere presi in considerazione insieme o separatamente.

Consumi pregressi.

lo storico dei consumi annui ci da un quadro chiaro della richiesta di energia elettrica e di come sono distribuiti i carichi durante le varie fasce orarie, come da indicazioni Arera (Autorità di Regolazione per Energia Reti Ambiente)

Fascia F1: da lunedì a venerdì, dalle 8.00 alle 19.00, escluse le festività nazionali.
Fascia F2: da lunedì a venerdì, dalle 7.00 alle 8.00 e dalle 19.00 alle 23.00, escluse le festività nazionali; sabato, dalle 7.00 alle 23.00, escluse le festività nazionali.
Fascia F3: da lunedì a sabato, dalle 00.00 alle 7.00 e dalle 23.00 alle 24.00; domenica e festivi, tutte le ore della giornata.

Con questi dati che si trovano in bolletta sappiamo quale dovrà essere la produzione annua del nostro impianto fotovoltaico e se eventualmente sarà richiesta una batteria di accumulo.

Consumi previsti.

Se parliamo di strutture di nuova costruzione i calcoli dei consumi vengono fatti a monte in fase di progettazione andando a “prevedere” in base ai dispositivi che verranno installati quelli che daranno i consumi richiesti. Nel caso di ammodernamenti a strutture esistenti, partendo dallo storico dei consumi (se presente) il consumo complessivo sarà calcolato in base agli interventi che verranno effettuati, un esempio tra tutti è quello di mettere i climatizzatori o una pompa di calore per il riscaldamento.

Quali materiali scegliere per l’installazione di un impianto fotovoltaico.

Sul mercato esistono molti materiali, dai più economici ai materiali top di gamma e la scelta si rifletterà sulla vita dell’impianto che in media ormai dura almeno vent’anni. Gli aspetti da prendere categoricamente in considerazione sono:

Prestazioni.

Ogni materiale ha le sue caratteristiche come ad esempio potenza nominale, capacità di produzione, etc. quindi quando riceviamo un preventivo per l’impianto fotovoltaico oltre al prezzo dobbiamo analizzare bene le caratteristiche dei componenti principali. Facciamo un esempio: i moduli hanno garanzie di produzione diverse e sapere quanto mi produrrà un pannello solare fotovoltaico a distanza di dieci, quindici o trent’anni mi permette di stimare la durata della resa del mio investimento. Le schede tecniche dei prodotti qualora non ci vengano fornite in fase di offerta vanno richieste per fare le dovute analisi.

Garanzie.

La durata delle garanzie dei pannelli fotovoltaici e dell’inverter può fare la differenza sul lungo termine permettendo di poter sostituire i componenti gratuitamente (al netto dell’eventuale manodopera) qualora ci fossero dei malfunzionamenti. Un modulo fotovoltaico di di fascia medio/alta ha garanzia di almeno 20 anni (vanno distinte producibilità e funzionamento che in alcuni casi possono essere di durate diverse), mentre per un inverter si arriva almeno a 10 anni, volendo estendibile gratuitamente o a pagamento in base alle linee della casa produttrice. Anche qui, come per le performance, le schede tecniche dei prodotti diventano le nostre migliori amiche.

Rete di Assistenza.

Capire com’è organizzata la rete di assistenza di un determinato produttore ti permette di avere un’idea di quelle che possono essere le tempistiche di risoluzione di una problematica qualora si verificasse, fermo restando che in base alla casistica riscontrata la risoluzione può chiedere un tempo diverso.

Un consiglio sulla tua scelta.

Puntare a prodotti di fascia bassa o con garanzie ridotte, potrebbe portare nell’arco del tempo a spese aggiuntive che fanno lievitare il prezzo dell’impianto fotovoltaico allungandone notevolmente i tempi di ammortamento e di rientro.

Scelta dell’azienda installatrice.

Scegliere bene l’ azienda a cui ti affidi quando richiedi un preventivo per tuo impianto fotovoltaico è un aspetto molto importante perché qualora si verificassero dei problemi la realtà che hai scelto diventa il tuo interlocutore in caso di problemi sull’impianto. Vediamo insieme alcuni aspetti da valutare:

Solidità dell’azienda.

La solidità dell’azienda ti da un idea di quanto possa “durare nel tempo” avendo così un partner che ti accompagnerà per tutta la vita utile del tuo impianto, senza contare che ti permette di evitare brutte sorprese come è capitato a molti che si sono ritrovati con contratti firmati e un pugno di mosche in mano.

Certificazioni e abilitazioni.

Le certificazioni e le abilitazioni dell’azienda ti permettono di capire la qualità con cui svolgeranno il loro lavoro e di conseguenza come possono lavorare per Te in termini di sicurezza, qualità dell’intervento, velocità di esecuzione, etc.

Vicinanza.

Sembrerà una banalità ma ormai molte aziende operano su su più regioni o a livello nazionale, sapere dove sia la sede più vicina a Te ti permette di capire o almeno intuire in quanto tempo possono raggiungerti qualora dovesse servire.

Tempistiche di intervento.

Le tempistiche di intervento in caso di eventuali problemi sono fondamentali per evitare che il tuo impianto rimanga fermo facendoti perdere soldi. Quindi capire la celerità con cui intervengono ti da modo di valutare l’affidabilità del partner che sceglierai.

Produzione di un impianto fotovoltaico.

Installare un impianto fotovoltaico ci permette di risparmiare sull’energia elettrica ma in base a dove andiamo ad installarlo le produzioni possono essere diverse e possono variare anche in base ad alcuni fattori “tecnici” del nostro impianto come i moduli utilizzati, inclinazione e orientamento dovuto alle esigenze di installazione, eventuali ombreggiamenti temperatura d’esercizio, irradiazione solare, condizioni meteorologiche e ambientali.

Di seguito una tabella con le stime di produzione media annua di un impianto con potenza nominale tre kilowatt ora simulata sul sito di PVGIS con le stesse condizioni di installazione.

CITTA	POTENZA IMPIANTO	PRODUZIONE ANNUA
Ancona	3	4.212
Aosta	3	3.683
L’Aquila	3	3.879
Bari	3	5.080
Bologna	3	4.032
Cagliari	3	4.087
Campobasso	3	4.155
Catanzaro	3	4.282
Firenze	3	4.012
Genova	3	4.105
Milano	3	4.020
Napoli	3	4.459
Palermo	3	4.549
Potenza	3	4.107
Roma	3	4.430
Torino	3	4.161
Trento	3	3.735
Trieste	3	3.935
Perugia	3	4.266
Venezia	3	3.827

Come possiamo vedere dai dati al sud Italia le produzioni sono tendenzialmente più alte, fermo restando che le variabili di cui abbiamo parlato prima possono modificare i dati elencati in tabella che ricordo essere delle stime fatte a parità di condizioni di installazione e materiali.
Se volete divertirvi a fare una simulazione più precisa potete farla direttamente sul sito di PVGIS.

Quanto posso risparmiare in bolletta grazie al fotovoltaico?

Iniziamo subito precisando che il prezzo finito dell’energia in bolletta è legato a una serie di fattori, alcune delle voci che lo compongono sono il costo energia, gli oneri di trasporto, il costo di gestione del contatore, la percentuale di dispersione, iva, etc. Di questi alcuni sono costi sono variabili e proporzionati al consumo mentre altri sono costi fissi come la gestione del contatore.

Inoltre dobbiamo tenere conto anche delle eventuali offerte sottoscritte dall’intestatario del contratto e le eventuali variazioni dei prezzi di mercato per l’acquisto all’ingrosso nei i contratti indicizzati. Per capire quali sono le caratteristiche della tua offerta devi leggere il contratto di fornitura e la tua bolletta, dove troverai tutte le informazioni. Seguirà un articolo dettagliato sulla lettura della bolletta e le voci specifiche che la compongono.

Per fare la simulazione del possibile risparmio in bolletta, tenendo conto della sola componente energia, calcolata al prezzo medio attuale di 0,26 centesimi di Euro a Kilowatt.

Immaginando di essere a Torino e di avere un impianto che mi produce 4.161 Kilowatt annui, il mio risparmio sarà di € 1081,86 euro all’anno sulla sola componente energia  (€ 0.26 x 4.161) a cui devo aggiungere in proporzione il risparmio sui costi variabili della mia bolletta. Direi che la cifra inizia ad essere interessante.

Un altro aspetto legato al risparmio, anche se “imprevedibile” ma che va tenuto in considerazione è quello delle variazioni dei costi all’ingrosso dell’energia elettrica, (basti vedere cosa è successo nel momento in cui è scoppiata la guerra in Ucraina dove sono lievitati vertiginosamente i prezzi di luce e gas) quindi avere un impianto fotovoltaico ci mette al sicuro e ci tutela sia nell’immediato portandoci un risparmio in bolletta, sia dagli eventuali aumenti del mercato.

Quindi conviene installare un impianto fotovoltaico?

La risposta giusta a questa domanda è in linea di massima SI conviene installarlo, anche se una valutazione va fatta caso per caso al fine di dimensionare l’impianto su misura in funzione delle proprie esigenze perché i miei consumi o i miei obiettivi di efficienza energetica possono essere diversi dai tuoi quindi le soluzioni tecniche e l’investimento saranno diversi.

Per questi motivi ha senso fare valutazioni accurate contattando le aziende installatrici e valutando le proposte migliori in termini di rapporto qualità – prezzo al fine di massimizzare la resa dell’investimento e il suo ritorno nel tempo.

Le aziende installatrici oltre ad offrirci la soluzione tecnica più adatta a noi ci possono illustrare gli incentivi regionali o nazionali disponibili al momento disponibili e di cui possiamo usufruire al momento dell’installazione.

Prendersi il giusto tempo per incontrare le aziende ti permetterà di analizzare e capire insieme a tecnici competenti e preparati quale sia la soluzione più adatta alle tue esigenze.

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