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http://grafill.it/landchiamami?isbn=88-8207-983-3&tipo=ABSTRACT

Jose PerfettoPROGETTAZIONE DI IMPIANTI SOLARI FOTOVOLTAICIEd. I (9-2018)

ISBN 13 978-88-8207-983-3EAN 9 788882 079833

Collana Manuali (225)

Perfetto, Jose <1967->

Progettazione di impianti solari fotovoltaici / Jose Perfetto. – Palermo : Grafill, 2018.(Manuali ; 225) ISBN 978-88-8207-983-31. Impianti solari.621.31244 CDD-23 SBN Pal0305208

CIP – Biblioteca centrale della Regione siciliana “Alberto Bombace”

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Finito di stampare nel mese di settembre 2018presso Andersen S.p.A. Frazione Piano Rosa – 28010 Boca (NO)

Disegno di copertina / Elaborato con risorse Freepik (it.freepik.com)

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3

SOMMARIO

ÌÌ PREFAZIONE ....................................................................................................... p. 9

1. ENERGIA E CONTESTO ENERGETICO ....................................................... ˝ 111.1. La domanda e le fonti di energia ................................................................. ˝ 111.2. Le energie rinnovabili .................................................................................. ˝ 23

1.2.1. Definizioneeclassificazione ......................................................... ˝ 231.3. Isistemisolariattiviepassivi ...................................................................... ˝ 26

1.3.1. Definizionedeisistemisolari ........................................................ ˝ 261.3.2. Isistemisolaripassivi ................................................................... ˝ 271.3.3. Isistemisolariattivi ...................................................................... ˝ 33

1.4. Ilsolarefotovoltaico:cennistorici .............................................................. ˝ 35

2. LA RADIAZIONE SOLARE ............................................................................... ˝ 382.1. Potenzaecostantesolare ............................................................................. ˝ 382.2. Irraggiamentoextraterrestre ......................................................................... ˝ 392.3. Irraggiamentosolarealsuolo ....................................................................... ˝ 402.4. Diagrammadelletraiettoriesolari ............................................................... ˝ 45

2.4.1. I diagrammi polari ......................................................................... ˝ 452.4.2. Idiagrammisolari.Glielementiprincipali ................................... ˝ 482.4.3. Applicazionedeidiagrammipolari ............................................... ˝ 50

2.5. Banchedatidellaradiazionesolare: UNI10349,ENEAeGIS ............................................................................. ˝ 64

3. ASPETTI TEORICI DELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA ............... ˝ 683.1. Effettofotovoltaico ...................................................................................... ˝ 683.2. Caratteristichedellacellafotovoltaica ......................................................... ˝ 753.3. Curvacaratteristicaeparametridiqualitàdiunacella ................................ ˝ 763.4. Condizionistandard,STC(Standard Test Conditions) ................................ ˝ 86

4. TECNOLOGIA DELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA ....................... ˝ 914.1. Cennicostruttividellatecnologia ................................................................ ˝ 914.2. Tipologiadicellainsiliciomonocristallinoepolicristallino ...................... ˝ 924.3. Tipologiadicellaagiunzionemultipla,

afilmsottileetecnologieinnovative ........................................................... ˝ 934.4. Tipologiacostruttiva .................................................................................... ˝ 96



PROGETTAZIONEDIIMPIANTISOLARIFOTOVOLTAICI4

4.5. CurvacaratteristicaV-Idiunmodulofotovoltaico erelativiparametrielettrici .......................................................................... p. 99

4.6. Configurazioneelettricadeidispositivi ....................................................... ˝ 1024.6.1. Collegamentiinserieoinparallelo .............................................. ˝ 102

4.7. ParametriElettricidiunmoduloFV ........................................................... ˝ 1034.7.1. Diodidiby-passedeffettohot-spot .............................................. ˝ 1034.7.2. Ilfenomenodell’hot-spot .............................................................. ˝ 104

4.8. Ilmodulofotovoltaicostandardevetro/vetro.............................................. ˝ 105

5. TIPOLOGIE E APPLICAZIONI ........................................................................ ˝ 1075.1. Applicazionidellatecnologiafotovoltaica .................................................. ˝ 1075.2. Impiantiisolatidallarete:

componentiecriterididimensionamento,schemidiimpianto ................... ˝ 1095.2.1. Caratteristicheprincipali ............................................................... ˝ 1095.2.2. Ildimensionamento ....................................................................... ˝ 1105.2.3. Esempidicablaggio ...................................................................... ˝ 1155.2.4. Approfondimentosullebatterie .................................................... ˝ 1175.2.5. Tipologiedisupporto .................................................................... ˝ 1175.2.6. Esempidiapplicazione ................................................................. ˝ 1195.2.7. Manutenzionedeisistemiisolati ................................................... ˝ 120

5.3. Impianticollegatiallareteelettrica:componentiecriterididimensionamento,schemidiimpianto ........................................................ ˝ 1205.3.1. Caratteristicheprincipali ............................................................... ˝ 1205.3.2. Dimensionamentodellapotenza

diunimpiantoconnessoinrete ..................................................... ˝ 1215.3.3. Dimensionamentodellapotenza

perprevalenteautoconsumo .......................................................... ˝ 1235.3.4. Ildimensionamentoperareadisponibile ...................................... ˝ 1255.3.5. Schemielettrici ............................................................................. ˝ 126

6. IL GENERATORE FOTOVOLTAICO: I DISPOSITIVI ................................. ˝ 1286.1. Opzionidicollegamentodimodulifotovoltaici .......................................... ˝ 1286.2. Quadrodiparallelo,dicampoemanovra .................................................... ˝ 129

6.2.1. Sequenzadeidispositivi ................................................................ ˝ 1296.3. Inverter ......................................................................................................... ˝ 131

6.3.1. Iconvertitoristatici ....................................................................... ˝ 1316.3.2. Leverifiche ................................................................................... ˝ 139

6.4. Quadrodiinterfaccia ................................................................................... ˝ 1406.5. Protezioni ..................................................................................................... ˝ 141

6.5.1. Messaaterradelgeneratorefotovoltaico ..................................... ˝ 1426.5.2. SceltadellatensionedegliSPDlatocorrentecontinua

neisistemifotovoltaici .................................................................. ˝ 1436.6. CollegamentoallaretesecondolanormaCEI11-20 .................................. ˝ 145

6.6.1. Ildispositivogenerale(DG) .......................................................... ˝ 146



SOMMARIO 5

6.6.2. Ildispositivodiinterfaccia(DDI) ................................................. p. 1466.6.3. Ildispositivodigeneratore(DDG) ............................................... ˝ 1466.6.4. Ilsistemadiprotezionediinterfaccia(SPI) .................................. ˝ 147

6.7. Esempiodischema:impiantoFV inparalleloallareteelettricadibassatensionemonofaseetrifase ............. ˝ 148

7. REALIZZAZIONE DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI ..................................... ˝ 1507.1. Lemodalitàdiconduzionediunsopralluogoedicollaudo ........................ ˝ 1507.2. IterAutorizzativo ......................................................................................... ˝ 155

7.2.1. Proceduraautorizzativasemplificata ............................................ ˝ 1577.2.2. IlModelloUnico ........................................................................... ˝ 157

7.3. Vincolipaesaggistici,storici,architettonici ................................................. ˝ 1587.3.1. Paesaggistica ................................................................................. ˝ 161

7.4. Componentiemodalitàdimontaggio .......................................................... ˝ 1647.5. Gestionedelcantiereesicurezza ................................................................. ˝ 165

7.5.1. FondamentidisicurezzaD.Lgs.n.81/2008 .................................. ˝ 1667.6. Ilcollaudo .................................................................................................... ˝ 1697.7. Lamanutenzionediunsistemasolarefotovoltaico ..................................... ˝ 172

8. INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEL SOLARE FOTOVOLTAICO ...................................................................... ˝ 1788.1. Lestrutturedisupporto ................................................................................ ˝ 1788.2. Ilsistemaadinseguimento ........................................................................... ˝ 1788.3. Sistemidiintegrazionedelfotovoltaicosucoperture,inclinate,

piane,arisega,curve,facciate,frangisole,pensilineotettoie ..................... ˝ 1838.3.1. Isistemiintegrati ........................................................................... ˝ 1978.3.2. Lategolafotovoltaica .................................................................... ˝ 2008.3.3. Ilaminatifotovoltaici .................................................................... ˝ 2028.3.4. Modulifotovoltaiciinsostituzione

disuperficitrasparentidegliedifici ............................................... ˝ 2028.3.5. Sistemiintegratiafrangisole ......................................................... ˝ 2048.3.6. Sistemifotovoltaiciintegratiinfacciata ....................................... ˝ 205

8.4. Sistemifotovoltaicidigrandidimensioni .................................................... ˝ 2098.4.1. Impiantifotovoltaiciaterra:

sistemiadinfissionediretta ........................................................... ˝ 2108.4.2. Struttureabasamento .................................................................... ˝ 213

9. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI ................................................................ ˝ 2149.1. Criterididimensionamentoperarea,

esposizione,consumieriqualificazioneenergetica ..................................... ˝ 2149.1.1. Dimensionamentoperarea ............................................................ ˝ 2149.1.2. Dimensionamentoperconsumi ..................................................... ˝ 216

9.2. Parametriditargaeconfigurazionemoduli/inverter ................................... ˝ 217




9.2.1. Riepilogo ....................................................................................... p. 2319.3. Layoutdiimpianto ....................................................................................... ˝ 2329.4. Configurazioneecalcolodiunimpiantoda3kWp..................................... ˝ 240

9.4.1. Selezionedeimoduli ..................................................................... ˝ 2409.4.2. Sceltadell’inverter ........................................................................ ˝ 2419.4.3. Sceltadeicavi ............................................................................... ˝ 2429.4.4. Verificacadutaditensione ............................................................ ˝ 2439.4.5. Dispositividimanovraeprotezione ............................................. ˝ 244

9.5. ConfigurazionediunImpiantoda60kWp .................................................. ˝ 2459.5.1. Sceltainverter ............................................................................... ˝ 2479.5.2. Sceltadeicavi ............................................................................... ˝ 2479.5.3. Verificacadutaditensione ............................................................ ˝ 2499.5.4. Quadrodiparalleloinverter .......................................................... ˝ 2509.5.5. Quadrogenerale ............................................................................ ˝ 251

9.6. Configuratoripergliimpiantifotovoltaici ................................................... ˝ 2529.6.1. Configurazioneelettricadiimpiantofotovoltaico

collegatoallareteelettricadidistribuzioneda20kWp ................ ˝ 254

10. APPLICAZIONI SPECIALI E CRITERI DI ALLACCIO .............................. ˝ 25910.1. SmartGrideCEI0-21 ................................................................................. ˝ 25910.2. SistemiFVGrid Connected e Storage ........................................................ ˝ 26610.3. Simulazionedelbilancioenergetico ............................................................ ˝ 27410.4. Sceltadelsistemadiaccumulo .................................................................... ˝ 276

10.4.1. Dimensionamento ......................................................................... ˝ 27610.4.2. Dimensionamentoinsintesi .......................................................... ˝ 280

10.5. Tipologieimpiantisticheammesse ............................................................... ˝ 28210.5.1. Isistemipiùdiffusioggiincommercio ........................................ ˝ 28410.5.2. Isistemion gridpost-produzione ................................................. ˝ 28410.5.3. Isistemioff grid ............................................................................ ˝ 285

10.6. Leprocedurenecessarie ............................................................................... ˝ 28810.7. Normativa di riferimento ............................................................................. ˝ 296

11. GLI ASPETTI ECONOMICI DEL FOTOVOLTAICO .................................... ˝ 29711.1. Ilmercatomondialedelfotovoltaico ........................................................... ˝ 29711.2. Costoevitadell’investimento ..................................................................... ˝ 30111.3. Il Business Plan ........................................................................................... ˝ 31011.4. Simulazionediunavalutazionefinanziaria ................................................. ˝ 314

11.4.1. SimulazionedelBusinessPlan ..................................................... ˝ 31411.4.2. Fotovoltaicoevalutazionifinanziarie ........................................... ˝ 32011.4.3. Conclusioni ................................................................................... ˝ 320

11.5. Altreformedivalorizzazionedell’energiadaFV ....................................... ˝ 32011.5.1. La grid parity ................................................................................ ˝ 320

11.6. Aspettifiscali ............................................................................................... ˝ 32311.6.1. Detrazionifiscali ........................................................................... ˝ 323



SOMMARIO 7

12. CASI STUDIO ....................................................................................................... p. 32612.1. Impiantoda4,5kWpaserviziodiunautenzaprivata................................. ˝ 326

12.1.1. Composizionedelsistemafotovoltaico ........................................ ˝ 32712.1.2. Cennisulprogettoesecutivo ......................................................... ˝ 32712.1.3. Strutturedisupporto ...................................................................... ˝ 32912.1.4. Lafaserealizzativa ........................................................................ ˝ 33012.1.5. Collaudifinali ................................................................................ ˝ 331

12.2. Impiantoda20kWpaserviziodiunascuola .............................................. ˝ 33212.2.1. Descrizionedell’impiantofotovoltaico ......................................... ˝ 333

12.3. Impiantoda100kWpaserviziodiun’azienda ........................................... ˝ 33912.3.1. Descrizionedegliimpianti ............................................................ ˝ 34012.3.2. Produzioneenergeticastimata....................................................... ˝ 34112.3.3. Lafaserealizzativa ........................................................................ ˝ 34412.3.4. Collaudifinali ................................................................................ ˝ 346

12.4. Impiantoda1MWpaterra .......................................................................... ˝ 34812.4.1. Progettazioneedautorizzazioni .................................................... ˝ 35312.4.2. Valutazionefinanziaria .................................................................. ˝ 35612.4.3. Strutturedisupportomoduli ......................................................... ˝ 35712.4.4. Lafaserealizzativa ........................................................................ ˝ 35712.4.5. Quadriedorganizzazionelatocorrentecontinua .......................... ˝ 362

ÌÌ BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... ˝ 364

ÌÌ INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO ............................................ ˝ 365 – Notesulsoftwareincluso ................................................................................. ˝ 365 – Requisitihardwareesoftware .......................................................................... ˝ 365 – Downloaddelsoftware

erichiestadellapassworddiattivazione .......................................................... ˝ 365 – Installazioneedattivazionedelsoftware.......................................................... ˝ 366



9

PREFAZIONE

Latrasformazionedelsettoreenergetico,responsabiledialmenoidueterzidelleemissionidigasaeffettoserra,èindispensabileperraggiungeregliobiettiviprevistidall’AccordodiPari-gieinlineageneraleprevistidallepolitichedeiprincipalipaesiindustrializzati.Icambiamentigiàinattonelsettoreenergetico,evidenziandoleprospettiveeilpotenzialedell’energiaabasseemissionidigasserra,conferisconocredibilitàall’implementazionediazioniefficacicontroilcambiamentoclimatico.Nel2015,leemissionidiCO2correlateall’energiasonorimastestabi-li.Questorisultatoèprincipalmenteimputabileallariduzionedell’1,8%dell’intensitàenergeticadell’economiaglobale,unadinamicarafforzatadall`incrementodell`efficienzaenergeticaedalpiùdiffusoutilizzosuscalamondialedellefontidienergiapiùpulite,principalmenterinnovabi-li.Unaquotacrescentedeicirca1.800miliardididollariinvestitiogniannonelsettoreenergeti-coèstataassorbitadainvestimentiinenergiapulita;alcontempo,gliinvestimentinellosviluppoupstreamdipetrolioegashannoregistratounfortecalo.

Nel2015,l’ammontaredeisussidialconsumodicombustibilifossilièscesoa325miliardididollaririspettoaicirca500miliardidell’annoprecedente,unadiminuzionecheriflettesiailcalodeiprezzidellefontifossilisiailprocessodiriformadeisussidistessichehasubitoun’ac-celerazioneindiversipaesi.

Ilcambiamentoclimaticoèunarealtàel’usodienergiaperleattivitàumaneneèlargamen-teresponsabile.Lecittàel’ambientecostruitoingeneralesonoquinditraleprincipalicausedelcambiamentoclimaticoinquantoglienormiconsumienergeticieiltrafficocontribuisconoinmodosostanzialeall’aumentodeigasaeffettoserra.

Èquindinecessarioche,oltrecheiGovernidituttigliStati,ancheleAmministrazioniLocalisifaccianocaricodellelororesponsabilitàeattuinoleazioninecessariedilorocompetenzarela-tiveallepolitichediriduzionedeigasserratracuiilrisparmioel’efficienzaenergeticaattraver-soanchel’incentivazionedellefontidienergiarinnovabili.Infatti,leFERpossonoricoprireunruolosignificativosiaalivelloenergetico,siaalivelloambientale,siaalivellosocio-economico.

LaCommissioneEuropeapercoinvolgereattivamente lecittàeuropeenel raggiungimen-todegliobiettividisostenibilitàenergeticaeambientaledel2020,nell’ambitodella2ªedizio-ne della Settimana europea dell’energia sostenibile(EUSEW2008)halanciatoilPattodeiSin-daci(Covenant of Mayors)iniziativa,subasevolontaria,cheimpegnalecittàapredisporreunPianodiAzionevincolanteconl’obiettivodiridurredioltreil20%leproprieemissionidigasserraattraversosoprattuttopoliticheemisurelocalicheaumentinoilricorsoallefontidienergiarinnovabile.Adoggi73cittàeuropeehannofirmatol’accordomentre121hannoufficialmentemanifestatointeresseadaderire.

InItalia,perilraggiungimentodegliobiettivieuropeidel2020,ilGovernohaconcordatoconlaCommissioneEuropeasutreobiettivi:innovazionetecnologica,miglioramentoindipendenzaenergeticadaipaesiterzi,riduzionedelleemissioni,poneinprimopianol’incrementodelleFER.




Premessoquestol’intentodiquestaguidaèquellodicontribuireinmodosignificativoallaculturadell’innovazionetecnologicaattribuendoaiprogettistiildifficileeimportanteruolodiportatoridiconoscenzaeadeguamentoallepressantirichiestedelmercatointerminidiprofes-sionalitàed innovazionenelcampodell’ambientecostruito ingeneraleedell’impiantistica inparticolare.



11

CAPITOLO 1

ENERGIA E CONTESTO ENERGETICO

L’energiaèlapossibilitàdisvolgerecompiti,azioni,infisicasidicecompiere un lavoro.Perinquadrareiltemarelativoaisistemisolariènecessariocomprendereilcontestonel

qualesicollocailtemadelleenergierinnovabili;risultaquindinecessarioaffrontareiltemadell’energiaintesocomepanoramaenergeticoedapiùlargoraggiolefontidienergia,isetto-ripiùenergivori,l’inquinamentoel’emissionediCO2legataallaproduzionedell’energia,ilconcettodienergia primaria,leriserve,laproduzione,ilconsumoofabbisogno,lefontifos-siliequellerinnovabili.

Essendol’energiasolarelafonterinnovabilepereccellenzaoccorredistingueretraiSistemiSolariAttiviePassivipercomprendernelecaratteristicheeleapplicazioni.

Giungeremo quindi ad inquadrare il solare fotovoltaico attraverso brevi cenni storici perapprezzarnelapeculiaritàel’evoluzionetecnologica.

1.1. La domanda e le fonti di energiaL’attualecontestointernazionaleèdifficileeincerto.L’economiaglobaleèrimastaalungo

infasedirallentamentoeprevederel’evoluzionedelloscenarioenergeticofuturoèuneserci-ziocomplesso.

Conquestepremesse,siprevedecheloscenarioglobaleneiprossimi20-25annisiacaratte-rizzatodalleseguentitendenze:

– ladomandadienergianelmondoèprevistaincrescita(+50%al2035),maconunanda-mentofortementedifferenziatotradiverseareegeografiche:moltobassaneiPaesiindu-strializzatiedinforteaumentoinquelliinviadisviluppo(+85%);

– aumental’efficienzaEnergeticagrazieancheall’avanzaretecnologiconelcampoillumi-notecnicoenellaclimatizzazione;

– tralefontidienergia,ilgaselerinnovabilisonosemprepiùinespansione,ascapitosoprattuttodelpetrolio,cheperderàquoteimportanti,mentrecarboneenuclearemanter-rannosostanzialmentelaloroquotadimercatoattuale.

Tutti isettoridiattivitàumanaprevedonodasempreunconsumoenergetico; isettoripiùenergivori,chenecessitanocioèdigrandiquantitatividienergia,sonoilsettoreindustriale,agri-colo,quellodeitrasportiedellecostruzioni.

Se abbiniamo ai settori energivori la disponibilità di fonti energetiche non possiamononricordareunodeiperiodipiùcriticiperquelcheriguardal’approvvigionamentoenergeticoovve-roil1973,annonelqualeiprincipalipaesiproduttoridipetrolio(l’OPEC)deciserodisospende-reimprovvisamentelefornituredigreggioagliStatioccidentalicheavevanoappoggiatoIsraelenellaguerradelKippur.Laritorsionedell’OPECsitradusseinunaumentoimprovvisoemoltoelevatodelprezzodelpetrolio,chenelgirodipocotempocrebbedioltretrevolte.




Al1973laripartizionedeiconsumienergeticimondialivedeval’88%diutilizzodellecosid-dette fonti fossilicomeilpetrolio,carbone,gasnaturaleenuclearementreilrestante12%diuti-lizzodialtrefonticomelabiomassa(ovverolalegnacomecombustibile)el’idroelettrico.

Ilgraficodifigura 1.1mostraiconsumienergeticimondiali,perfonte,nel1973secondol’International Energy Agency(IEA).

Figura 1.1. Consumi energetici mondiali, per fonte, nel 1973 (Fonte:International Energy Agency)

Iltrentenniosuccessivoallaprimacrisienergeticadel’73havistouncostanteincrementodelconsumodiGasnaturaleilcuiapprovvigionamentoavvieneanchedaaltripaesioltrechequellidelMedioOriente;ilnuclearehavistounforteincrementoproprioperlaproduzionedienergiaelettricamentreilconsumodicarboneèrimastopressochéinvariato.

Al2004ilconsumomondialemediototaledell’umanitàerastimatoparia15TWeperpiùdell’85%provenivadaicombustibilifossilicomepetrolio,gasnaturale,carboneenucleare.

Figura 1.2. Consumi energetici mondiali, per fonte, nel 2004 (Fonte:International Energy Agency)

Lacombustionedicarbone,metanoopetrolioforniscelagranpartedellaquantitàdienergiaimpiegatainparteperisistemidiriscaldamentoacombustioneedinparteperilfunzionamen-todimotorioperlaproduzionedienergiaelettricacheèuntipodienergiachepuòesseretra-sferitaagrandidistanze.



38

CAPITOLO 2

LA RADIAZIONE SOLARE

2.1. Potenza e costante solareIlSoleèlastellamadredelsistemasolareattornoallaqualeorbitanogliottopianetiprinci-

pali(tracuilaTerra),ipianetinani,ilorosatelliti,innumerevolialtricorpiminorielapolverediffusaperlospazio,cheformailmezzointerplanetario.

LamassadelSolerappresentadasolail99,9%dellamassacomplessivadelsistemasolare.IlSoleèlaprincipalefontedienergiadisponibilesullaTerraedècostituitoperl’80%daidro-

genoedal19%daelio;nelrestante1%sonostatirinvenutiquasituttiglielementiconosciuti.L’energiairradiatadalSolederivadaunareazioneditipotermonuclearecheconverteconti-

nuamentemassainenergia.Lafusionenucleareconsistenellatrasformazionediquattronucleidiidrogenoinunnucleo

dielio.Essendolamassadelnucleodieliominoredellasommadellemassedeiquattronucleidiidrogeno,lalorodifferenzavienetrasformatainenergiaconlafamosarelazione:

E = mc²(Energia uguale massa per velocità della luce al quadrato)

Lapotenzaassociataallaradiazionesolareemessadaiprocessidifusionecheincidesull’u-nitàdisuperficieprendeilnomediirraggiamento solare.

Figura 2.1. Potenza ed emissione per unità di superficie

Interminidicalcolo,conoscendolamassadell’idrogeno,lamassadell’elio,laquantitàdellereazioni,lavelocitàluce,ilraggiodelSolequindilasuasuperficie,ladistanzaminimaemas-simatralaTerraeilSole,inquantol’orbitaèellittica,siamoingradodicalcolarelaquantità



2. LARADIAZIONESOLARE 39

dienergiairradiataversolaTerra.CiòrisultapossibileapplicandoleequazionidiriduzionedimassadovutaallereazioniovverolatrasformazioneinenergiasecondolarelazionediEinstein,calcolandolasuperficiesolareelapotenzadiemissioneperunitàdisuperficie.Innumeri:

– Massaidrogeno(1.67356·10-27kg); – Massaelio(6.64658·10-27kg); – Velocitàluce(2.99792458·108m/s); – RaggiodelSole(6.9626·105km); – DistanzaTerra-Solemin(1.471·108km); – DistanzaTerra-Solemax(1.521·108km).

2.2. Irraggiamento extraterrestreLapotenziairradiatacomplessivamentedalSoleèpariadoltre60.000kW/m².LapotenzadisponibiledecresceviaviacheaumentaladistanzadalSole,edopoaverpercor-

soicirca150milionidikmcheseparanolaTerradalSoleassumeunvaloremoltopiùridotto,dipocosuperioread1.35kW/m².Talevalorevienechiamatocostante solare.

Nellarealtàtalevalorenonècostanteperchédipendedall’attivitàsolare(macchiesolari)edalladistanzaSole-Terravariabilenell’arcodell’anno.Ilvaloremedioèdi1.353W/m².

Lacostantesolareèdaintendersicomeunvaloremediodiriferimentoinquantolapotenzacheraggiungelafasciaesternadellaatmosferaterrestreinrealtàoscillaacausadell’orbitaellit-ticaTerra-Sole.

Figura 2.2. Valore della Costante Solare

Lacostantesolareèlasommadelleenergiedituttelefrequenzedellospettrodellaradiazio-nesolare,nonsoltantoquelledellabandavisibile.

Perl’interogloboterrestre,chehaunasezioneditagliodi127.400.000km²,lapotenzafor-nitadall’energiasolareèdi1,74×1017W,conunavariazionedel±3,5%.

Diconseguenza,tenutocontodellasuperficiesfericadelnostropianeta,lapotenzasolarechevieneindirizzatasullaTerrahaunvaloredicirca174×1015W,ossiadi174PetaWatt(PW)paria174milionidiGW.

Inaltritermini,l’energialuminosaarrivasullaTerraalritmodi174milionidiGW.



68

CAPITOLO 3

ASPETTI TEORICI DELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA

3.1. Effetto fotovoltaicoUnimpiantofotovoltaicotrasformadirettamenteedistantaneamentel’energiasolareinener-

gia elettrica;questa tecnologia funzionamediante l’effetto fotoelettrico,permezzodelqualematerialisemiconduttoriopportunamentedrogatigeneranoelettricitàseespostiallaradiazionesolare.Sidefiniscequindisistemafotovoltaico«l’insieme dei componenti meccanici, elettrici, ed elettronici che concorrono a captare e trasformare l’energia solare disponibile, rendendola utilizzabile dall’utenza sotto forma di Energia elettrica».

Ilsoloinsiemedeimodulifotovoltaici,purcostituendol’elementoprincipaledelsistemaalcentrodelprocessoproduttivo,nonèsufficienteperlarealizzazionediunimpiantoingradodiapprovvigionaregliutentidell’energiarichiesta;ilsistemanelsuocomplessoèquindipiùestesoecomprendel’utilizzodialtridispositivichepermettononellorocomplessolatrasformazione,gestione,monitoraggioetrasmissionedell’energiaprodottaincondizionidisicurezzaperl’u-tente,l’installatoreeilgestore.

Iltuttoiniziacomunquedaunprincipio fotovoltaicochepermettediinnescarelagenerazio-nedienergiaelettrica.

Ilprincipiofotovoltaicoconsentediconvertirelaradiazionesolareincidenteincorrenteelet-trica continua utilizzando materiali semiconduttori, propri dell’industria elettronica, facendointeragireilfotonedellaradiazionesolareconglielettronidelmateriale.Taleeffettovieneinne-scatodaunasottilefettadimaterialesemiconduttoreopportunamentetrattato.Taletrattamentoècaratterizzatodadiversiprocessichimici,traiqualisihannoicosiddettidrogaggi.

Inserendonellastrutturacristallinaadesempiodelsiliciodelleimpurità,cioèatomidiboroefosforo,sigenerauncampoelettricoesirendonoanchedisponibililecarichenecessarieallaformazionedellacorrenteelettrica.

Ilfotonerisultaquindiunaparticellaassociataalleondeelettromagnetichecapacedifornirel’energianecessariaadattivareilprocesso.

Figura 3.1. Schema del principio fotovoltaico



3. ASPETTITEORICIDELLACONVERSIONEFOTOVOLTAICA 69

Figura 3.2. Le giunzioni di tipo «P» ed «N»

L’elementocertoèchequestoprocessoèpossibilegraziealleproprietàdialcunimaterialidettisemiconduttori:

Sitrattadisostanzecristalline,organicheoinorganiche,conresistivitàintermediatraquelladeiconduttoriedegliisolanti.

Laconversionefotovoltaicaavvienesfruttandolecosiddettegiunzionip-n,lequalisonoallabasedigranpartedellastrumentazioneelettronica(ilchehapermessodifacilitarelosviluppodellatecnologiasolaresfruttandoleconoscenzeinprecedenzaacquisite,elestessefontidimate-riaprimacuiattingel’elettronica).

Isemiconduttori,comeperesempioilsilicio(Si,numeroatomico14)sonoorganizzati inreticolicristallini.Ogniatomoècircondatodaaltri4,doveognunometteincomuneunodeisuoi4elettronidivalenzaperraggiungerelaconfigurazionestabileedaverel’ottettoesternocomple-to;inquestomodoilsiliciomantieneunostatoelettricamenteneutro,poichéilnumerodeipro-toniedelettronièilmedesimo.

Figura 3.3. I reticoli cristallini

Esistequindiunfortelegameelettrostaticofraunelettroneeidueatomicheessocontribui-sceatenereuniti.Questolegamepuòesserespezzatoconunacertaquantitàdienergiacheper-mettedipassareadunlivelloenergeticosuperiore.

ÈquellocheavvienequandoifotonidotatidienergiasufficienteinnescanolamigrazionedielettronidallazonaPallazonaN.



91

CAPITOLO 4

TECNOLOGIA DELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA

4.1. Cenni costruttivi della tecnologiaPerdiventareunprodottoutilizzabile lecellefotovoltaichesonocablateelettricamenteed

incapsulateinuninsiemedilayervoltoacreareunmodulo.Ilmodulofotovoltaicoèl’elementomodulareallabasedelgeneratorefotovoltaicoedèil

dispositivonelqualevengonoorganizzatelecellefotovoltaiche.Lasingolacellapuòprodurreunapotenzada3a6wattcherisultainsufficienteperapplicazionipratiche.

Peraccrescerelapotenza,piùcellesonocollegatetradiloroinmanieradacostituireungene-ratorelacuipotenzapuòarrivareoltrei350watt.

Perottenereimodulifotovoltaici,lecellevengonocollegateinserieesaldatetralorome-diante terminali suicontatti anteriori e posteriori (insequenzaNegativo/Positivo/Negativo/Positivo…)inmododaformarelestringhe.

Figura 4.1. Fase di lavorazione di un modulo fotovoltaico (Saint Gobain)

Imodulifotovoltaicicristallinioggipiùcomunisonocostituitida48,60o72celleconunaconfigurazioneelettricautileaconseguirevaloriditensioneecorrenteperl’accoppiamentoconaltridispositivicomeadesempioconvertitorioaccumulatorielettrochimici.

Nell’esempioseguentevieneriprodottounmodulofotovoltaicocostituitocomplessivamenteda72celleorganizzateinserieconunatensionedi40Veunacorrentedi4A.

Laconnessione in serieconsentedi sommare la tensionediognicellamentre lacorrenterimarràlacorrentetipicadellasingolacella.

Otterremocosìungeneratoreincorrentecontinuadotatodeiduepoli:ilpolopositivoequel-lo negativo.

In figura 4.2sinotalapresenzadi3diodi,ovverodispositivisemiconduttori,chefungonodaby-passperlalimitazionediperditeperombreggiamentidicuiparleremoinseguito.




Figura 4.2. Organizzazione delle celle cristalline di un modulo fotovoltaico

4.2. Tipologia di cella in silicio monocristallino e policristallinoEsistonoattualmentetregenerazioniditecnologiefotovoltaiche.Laprima,latecnologiacri-

stallina,èquellaattualmentepiùutilizzataevienedenominatadeltipomonoepolicristallino.Ledifferenzemaggiorisihannonellaformazionedellafettadisilicio,denominatawafer,

cheèlastrutturaprincipalesullaqualeverrannoeseguitiidiversitrattamentidinaturachimi-cacheportanoallacreazionedellaveraepropriacella.

Il waferdimonocristallosiproduceconilmetodoCzochralsky,basatosullacristallizzazionechesioriginaimmergendounsemedimaterialemoltopuronelsilicioliquido;vienepoiestrattoeraffreddatoperottenereunlingottodimonocristallodiformacilindrica.

Illingottoverràdrogatoepoiaffettatoinwaferaventiunospessorecompresotrai250ei350micrometri.

Lecelleinsiliciopoli-cristallinosonodisolitoquadrateperchéricavatedasemplicilingot-tididiversicristalli.

Figura 4.3. Il metodo Czochralsky



107

CAPITOLO 5

TIPOLOGIE E APPLICAZIONI

5.1. Applicazioni della tecnologia fotovoltaicaAdoggileapplicazionifotovoltaichericopronolaquasitotalitàdelmondoenergetico.Abbiamovistochelagenerazioneconcelleanchedipiccolissimedimensionipuòrendere

autosufficientedispositiviqualicalcolatriciedorologichenecessitanodiqualchecentesimodiWattperillorofunzionamento.

Sistemiisolatidallareteelettricaequindiadaltoonerediallacciocomeripetitori,segnaleti-caestazionidimonitoraggio,chenecessitanodiqualchedecinadiWattsonogiàdatempoappli-cazioniaffidabiliedeconomicamentevantaggioseoltreaquelleperipaesiinviadisviluppo.

Le applicazioni che riguardano potenze dal kiloWatt in su sono invece quelle interessateprincipalmentedallacosiddettagenerazione diffusaovverodellevereepropriepiccolecentralifotovoltaichechecostituisconounamicro-generazionesulterritoriodialimentazionedellarete.

Generalmente questi impianti connessi in rete sono anche integrati architettonicamentenell’involucrodegliedificioinelementidiarredourbano.

Figura 5.1. Applicazioni fotovoltaiche

Esistonoquindifondamentalmenteduetipologiedisistemifotovoltaiciovveroisistemi iso-latiequelliconnessi in retelacuiarchitetturaèsostanzialmentediversa.




Neiprimiilcampofotovoltaico,l’insiemedeimoduli,alimentadirettamenteutenzeocarichiincorrentecontinuaoppureaccumulatorielettrochimici,lecosiddettebatterie,chepoirenderan-nodisponibilel’energiacollezionataintempidiversidallagenerazione;questetipologieimpian-tisticheprevedonol’eventualeinserimentodiuninverter,unconvertitoredienergiadacorrentecontinuaadalternatasesidovrannoalimentareutenzeincorrentealternata.

L’altratipologia,quellaconnessainrete,presentaun’architetturadibasesempliceovveroilsolocampofotovoltaicoel’inverterperpotergenerareenergiaelettricaerenderladirettamentedisponibileall’utenzaoppurescambiarlaconlarete.

Figura 5.2. Sistema FV isolato: componenti principali

Figura 5.3. Sistema FV connesso alla rete: componenti principali



128

CAPITOLO 6

IL GENERATORE FOTOVOLTAICO: I DISPOSITIVI

Inquestocapitolotratteremoquellichesonoidispositivicostituentiilgeneratorefotovoltaicocheevidentementenonsonosoloimodulimaancheiquadrielettrici,gliinverter,leprotezionidiinterfaccia,icavi,iconnettorietuttol’occorrentedicuitenercontoinunprogettoesecutivo.

Verificheremoleopzionidicollegamentodimodulifotovoltaiciconiquadridiparallelo,dicampoemanovraeconl’inverter.

ParleremodelquadrodiinterfacciaerelativeprotezionidiconnessioneallaretesecondolaCEI11-20eCEI0-21.

RedigeremoinfineunesempiodischemaelettricodiunimpiantoFVinparalleloallareteelettricadibassatensionemonofaseetrifase.

6.1. Opzioni di collegamento di moduli fotovoltaiciQuasituttiimodulifotovoltaiciincommerciosonodotatioltrechediscatoladigiunzione,

contenenteidiodidiby-pass,anchedicavieconnettoriperilcablaggiorapido.Laconnessionedeimoduliinunsistemadiconnessioneinretedovesianecessarioarrivare

atensioniconsiderevolirisultaagevolatadaitipidiconnettorimaschio/femminacorrispondentiadunrelativopolo.Unendoquindiunmaschioconunafemminaavremolaconnessionepositi-vonegativofinoalnumerodimoduliequindiallatensionedesiderata.

IconnettorisonogeneralmentedeltipoMulticontact,Radox o Tycoesonodotatidiguarni-zionitalidarendereleconnessionisicureestagne.

Figura 6.1. Interconnessione dei moduli a costituire stringhe da attestare successivamente ad un quadro o inverter



6. ILGENERATOREFOTOVOLTAICO:IDISPOSITIVI 129

Avvenutalaconnessionetramoduloemoduloavremobisognodicostituireunalineapositi-vo-negativodiognistringapergiungereadunquadrodicampooall’inverter.Imodulipossonoesserecablatiinmanieradifferentedicomevengonoposatimeccanicamente.

Asecondaanchedelposizionamentodellascatoladigiunzionesipuòoptareperfileparalle-leo,comenell’ultimocasoinfigura,effettuareuncablaggiodistringainmododaformareduespireconcorrentiopposte.

Figura 6.2. Cablaggio per file parallele o a formare due spire con correnti opposte

6.2. Quadro di parallelo, di campo e manovra

6.2.1. Sequenza dei dispositiviIlcollegamentomodulifotovoltaici/invertervienerealizzatoconcaviditiposolareadoppio

isolamentoFG21consezioneda4a6mm².Sel’inverterèvicinoaimodulifotovoltaiciovveroconsiderandolalunghezzatotaledelcircuitoincorrentecontinuadi30-40mnonsihannoper-diterilevantipercuièpossibileattestarelestringheinunaquadrodoveavverràilparalleloneipressidell’inverter.Imontantidellediversestringhevengonoquindicollegatidirettamentenelquadrodiprotezioneincorrentecontinuapostodirettamentesottol’inverter.Talequadrocon-terràundispositivodisezionamento,fusibilidistringa,eventualidiodidibloccoeunoscarica-toredisovratensioni.

IncommercioesistonoquadridiparallelogiàprovvistidiconnettoriperstringatipoMC.

Figura 6.3. Massima distanza Moduli / Quadro di manovra

Sel’inverterèlontanodaimodulifotovoltaiciimontantidellediversestringhevengonocol-legatiinunquadrodicampodainstallareinprossimitàdelcampofotovoltaico.

Dalquadrodicamposiesceconununicomontantepercollegarsialquadrodiprotezionec.c..



150

CAPITOLO 7

REALIZZAZIONE DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI

7.1. Le modalità di conduzione di un sopralluogo e di collaudoIl sopralluogo è una delle operazioni fondamentali per la realizzazione di un impianto

fotovoltaicoperchésievitino: – spiacevoliimprevistiinfaserealizzativa; – stimeerratedeicostidiinstallazione; – stimeerratedellaproduzioneenergetica.Soloattraversounsopralluogomiratoèpossibileverificarelarealefattibilitàtecnicaedeco-

nomicadell’intervento.Convienequindiverificareperprimacosalafattibilitàtecnicaedeconomicadell’intervento

einparticolare,leverifichedevonoriguardare: – l’areadiposadeimoduli; – lapresenzaomenodiombre; – lacondizioneorograficadell’intornodelsito.Glistrumentiutiliperl’esecuzionediunbuonsopralluogoinsitosono: – bussola; – clinometro:èlostrumentoperlamisuradell’inclinazionediuncorpo.Ècostituitodauna

partefissaedaunamobile,checonsenteditraguardarel’oggettodellamisura; – bindellametricaometroelettronico; – macchinafotografica.Èconsigliabilelapredisposizionediunmodulodiraccoltadatilacuicompilazionerappre-

sentailsistemadiacquisizionedelleinformazionipiùimportantediognialtraoperazione.Inparticolare,l’acquisizioneditaliinformazioniriguarderanno: – Identificazionelamigliorposizioneperl’installazionetenendopresente:

– orientamentodellasuperficiediinstallazione; – tipodistrutturaperilsostegnodeimoduli; – acquisirematerialecartograficorelativoall’areaealfabbricatoinesame.

– Unavoltastabilital’areadiinstallazioneènecessario: – rilevareeventualizoned’ombra; – scattareeventualifotografiedelprevistoluogodiposaedellastrutturaesistente.

Èimportanteinquestafaseancheilrilievodell’intornodelsitoequelloorograficoovverolaverificachel’areaadisposizionenonvengaombreggiatanellamaggiorpartedelleorediSoleutilianchenellastagioneinvernale.

Nonèraroimbattersiinedificichehannoun’ottimainclinazioneedesposizionedellacoper-turamaposizionatiadesempiosulversanteSuddiunavallataapertadaEstadOvestoppureinpresenzadialtavegetazioneoedificicontiguipiùaltieposizionatiaSudrispettoall’edificioinquestione.



7. REALIZZAZIONEDEISISTEMIFOTOVOLTAICI 151

Laperditadiproduttivitàdiquestetipologiediimpiantipuòesseremoltoconsistenteespes-sopuòfalsareun’analisieconomicachenonhatenutocontoditalifattori.

Alprimoapproccioconilclientefinaleconvieneraccoglierequindiquantepiùinformazio-nipossibilisull’edificioesulComune;unabuonapraticaèfarsipreparareperilsopralluogounapiantadellacoperturaedaltridaticartograficidell’edificioutiliallaredazionedelprogetto.

Oltreallacoperturae/oall’areachesiritieneutileperlaposadelcampofotovoltaicooccorreindividuareunlocaleperl’installazionedell’inverterchesiailpiùvicinopossibilealcampostes-soedinfineunquadroelettricogeneralecheconsental’inserimentodiundispositivodiseziona-mentoeprotezionededicato.

Occorrevalutareleopereedilidaprevedereperilcablaggiodeidispositiviqualiforieri-spristinidimuratureesolaieilmaterialeaccessoriooccorrentecomecanaline,tubiescatolediderivazione.

Occorreinfinevalutareleeventualidifficoltàlogistichechesipossonoverificareinfasedirealizzazioneperiltrasportoelostoccaggiodelmaterialequaliadesempiolalarghezzadellastrada,dell’accessoel’acclivitàdelterrenoconsiderandochepossonoaccederealcantieremezziditrasportoanchediconsiderevolidimensioni.

Difondamentaleimportanzarisultaquindilacompilazionedelmoduloraccoltadatineces-sarioperlaverificaditutteleinformazionioccorrentiperlaredazionedelprogettoesecutivoedellepratichediconnessionedell’impiantoallarete.

Nellospecifico,trattandosiadesempiodiunimpiantodarealizzarsisucoperturadiunedifi-cioresidenzialesaràfondamentaleriportareunaseriedivaloriquali:

– Consumo medio annuo: abbiamovistochesonoilprincipaledatodiriscontrodallebol-letteperundimensionamentopreliminaredell’impianto.

– Potenza desiderata: aprescinderedalleconsiderazionididisponibilitàdisuperficiepiut-tostocheeconomicheèpossibilechealcuniclientichiedanoespressamentelarealizza-zionediunimpiantodipotenzaparialcontrattodifornituracomeun3kWperunaclas-sicautenzaresidenziale.

– Produzione energetica annua desiderata:generalmenteèquellachepossacoprireintera-menteiconsumimediannuidell’utenzaconunimpiantoinregimediscambiosulpostoconlarete.

– Tipologia di pannelli:puòsuccederechesiailclientestessoasuggerirel’utilizzodialcu-netipologiedimodulifotovoltaiciinquantoimpostedalComuneoutilizzatedaedificiattiguiqualisiliciomonoopolicristallino,amorfooaltretecnologie.

Stralcio di un modulo di raccolta dati: informazioni relative al dimensionamento

– Tipologia di installazione:verificare tra lediversesuperficidisponibili la tipologiadiinstallazionequaleadesempioaterra,tettopianooppuretettoinclinato;perquestaulti-masoluzioneconvienerilevaresubitoanchel’inclinazioneel’orientamentodellafalda.



178

CAPITOLO 8

INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEL SOLARE FOTOVOLTAICO

8.1. Le strutture di supportoIsistemifotovoltaicisonosoggetti,perlalorotipicacollocazioneedesposizione,adazioni

degliagentiatmosfericichenemettonoaduraprovalasoliditàedurevolezza.Lestrutturedisupportoditalisisteminecessitanoquindidimodalitàdiposaspecificheper

soddisfareprecisirequisitiqualilatenutaallepiùcomunisollecitazionimeccaniche,termicheediusuramaancheadeventiritenutieccezionali.

Letipologiedisupportodeimodulifotovoltaicisonoessenzialmentediduetipiasecondacheilsistemasiaad inseguimento o fisso.

Mentre i sistemiad inseguimentoprevedonoorganidimovimentazioneperappunto inse-guireilSoleedottenerequantopiùpossibilel’irradianzaincidentesulpianodeimoduli,isiste-midisupportofissisonogeneralmenteutilizzatiperinstallazioniaterra,suedificiepertinen-zecomepensilineetettoieoelementidiarredourbanooppuresuqualsiasisuperficiebenespo-staallaradiazionesolare.

Laproduttivitàditalisistemidipenderàquindidaunaseriedifattoriqualisicuramentel’o-rientamentoel’esposizionemaancheiltipodiintegrazionearchitettonicaovverolacapacitàdiraffreddamentomedianteventilazionenaturaleoindotta.

LaproduttivitàdeisistemiadinseguimentodipenderàdallacapacitàdiinseguireilSoleperaverelaradiazionesolaresempreincidenteovverodalnumerodiassidirotazioneedalsistemadigestionedicuisonodotati.

Figura 8.1. Esempi di strutture di supporto dei moduli fotovoltaici: ad inseguimento, fisse su copertura, fisse a terra

8.2. Il sistema ad inseguimentoIlsistemadisupportoadinseguimento,attraversoopportunimovimentimeccanici,permette

diorientareilpianomoduliilpiùpossibileinmanieraincidenterispettoallaradiazionesolareinmododaincrementarnelapotenzaequindilaproduzione



8. INTEGRAZIONEARCHITETTONICADELSOLAREFOTOVOLTAICO 179

Isistemiadinseguimentosonoutilizzatidasistemifotovoltaicimaanchedasistemisolaritermici,concentratorisolariconriflettoriolenti.Loscopoèquellodimassimizzarel’efficienzadelmodulonellaproduzionedienergiaelettricaesipossonoclassificaresullainbasedi:

– ilnumerodiassielaloroorientamento,ovveroinseguitorimono-assialiditilt,mono-as-sialidirollioedaltretecnologie;

– iltipodimeccanismodiorientamento; – latipologiadicomandoelettronico.Un inseguitore mono-assiale permette una maggiore produzione di energia del 10-30%

rispettoadunimpiantofisso,asecondadeltipodimontaggioedimovimento.Uninseguito-rebi-assiale,invece,puòpermettereunincrementodel35-40%,asecondadeidiversimodelli.

Figura 8.2. Esempi di strutture ad inseguimento

Ilsistemadiinseguimentoprevedediversiassidirotazioneconleseguenticaratteristiche:A) inseguitoremonoasseconvelacheruotasuunasseinclinatodi30°;garantisce,rispetto

adunimpiantofissotradizionale,unrendimentostimatoannuodel32%.Rotazionedellarallainclinatadi±80°.

B) inseguitoremonoasse conmovimento Est-Ovest (±120°) e angolo di tilt fisso (45°).Garantisceun32%diresainpiùrispettoadunimpiantofissotradizionale.

C) inseguitorebiasseconmovimentoEst-Ovest(±20°)etilt(da20°a70°)cheraggiungeil40%diresainpiùrispettoadunimpiantofissotradizionale.

Figura 8.3. Inseguitori di tipo A, B e C



214

CAPITOLO 9

CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI

9.1. Criteri di dimensionamento per area, esposizione, consumi e riqualificazione energetica

9.1.1. Dimensionamento per areaNeldimensionareunsistemafotovoltaicoabbiamosempreparlatodiareadisponibileoarea

utile:inquestafasedobbiamorapportarciallanecessitàditrasformarel’areautileinunpianomoduliinterfacciandociconiprodottipresentisulmercato,lecaratteristichestrutturaliedisup-portiperredigereunveroeproprioesecutivo.

Inprimo luogodovremoavereadisposizione lamarcaed ilmodellodeimoduli fotovol-taicisceltielatagliadelsistemaovveroilnumerodimodulitotalidapredisporreadesempiosullacoperturainlamieragrecatadiunedificioindustriale.Laparticolaritàditalistrutturestanelfattochespessoglielementiportantisonocostituitidatravatureedarcarecciinacciaioallequalivieneancoratalacoperturamedianteganci;ilpassotraglielementiportantidifficilmenterisultalostessopassoperl’installazionedellastrutturadisupportodeimoduli.Questositradu-cenellanecessitàdirealizzareunadoppiastrutturacheconsentadirealizzareibinaridisuppor-tomoduliincrociandolisuelementitrasversalialorovoltaancoratiallasottostrutturainacciaio.

Nell’esempiodifigura 9.1(apaginaseguente)lalineatratteggiatarappresentalasottostrutturachesorreggelacoperturaintravidiacciaio,ilongheronisonoancoratiallasottostrutturainsensotrasversale e i profili orizzontali rappresentano i binari di appoggio deimoduli posti ad unadistanzataledarispettareilrapporto25-50-25%sullatomaggiore.

Perildimensionamentodiunsistemaèquindinecessariodisporreall’areautilemasicura-mentedituttiglielementicheciconsentanoladisposizionedefinitivadelpianomoduliovvero:

– laschedatecnicadelmodulocheverràeffettivamenteutilizzatoconriportatelemisure,lospessoreelecaratteristichedellacornice;

– ilnumeroesattodeimoduliconfiguratielettricamente;puòessereutileaifinidivelocizza-rel’installazioneeridurreilrischiodierroridicablaggiofarcorrisponderefileconstringhe;

– le caratteristichemeccaniche della struttura di copertura per individuare i punti e lemodalitàdifissaggio.

Convienecercaredidisegnareilpianomodulipossibilmenteconlastessaformadellasuper-ficieospitante;perun’area rettangolareèconsigliabilemantenere talegeometriaancheper ilpianomoduli.Laconfigurazionepuòesseremessaapuntoancheprovandoapredisporreimodu-li inorizzontale: taledisposizionedovràprevedere laposadellastrutturadisostegnosempreortogonalmenteallatolungodeimoduliamenodidisposizioniparticolari.

Nell’esempioriportatoilpianomodulièstatoorganizzatoinn.5fileda14modulicadau-naperuntotaledi70moduli;ancheelettricamentelaconfigurazionerisultalamedesimaovve-ron.5stringheda14modulicadaunaattestatepoiadununicoinverter.



9. CRITERIDIDIMENSIONAMENTODEGLIIMPIANTIFOTOVOLTAICI 215

Figura 9.1. Struttura di sostegno a doppia orditura

Figura 9.2. Dettaglio struttura di sostegno a doppia orditura



259

CAPITOLO 10

APPLICAZIONI SPECIALI E CRITERI DI ALLACCIO

10.1. Smart Grid e CEI 0-21Ildecretolegislativo16marzo1999,n.79,recepimentodelladirettivacomunitaria96/92/

CE,introdusseinItalialaliberalizzazionedelsettoreelettrico.Glieffettidiquestodecretofuronoquellidiaprireunmercatoelettricochefindallanaziona-

lizzazionedel1962eradifattomonopolistico(peresempioconilsolooperatorenazionalel’E-NELchepotevaprodurreevendereenergiaelettricaagliutenti)adaltrioperatorichediventa-nocosìconcorrenti.

La rete elettrica, sempre statafino aquelmomentounidirezionale, distribuiva energiadapochiproduttoriamolticonsumatori.Contaleprovvedimentosiaprìquindilapossibilitàcheogniutentepotessediventareancheproduttoreattraverso,adesempio,l’installazionediungene-ratoresolareod’impiantidiproduzionedaaltrefontirinnovabili;percontroquestocomportalanecessitàdiavereunarete bidirezionale.

Unaretecioèchepossatrasportareoltreall’energiaprovenientedaigrandiimpianti(adesem-pio,unacentraletermoelettrica),anchequellaimmessainretedaitantipiccoliproduttoridome-sticiecheeccedel’autoconsumo.

Questaproduzionedistribuita,però,essendopergranpartelegataafontirinnovabili,èperdefinizione intermittente: inassenzadivento,unapalaeolicanonpuòcerto funzionare, cosìcomeunpannellofotovoltaicoriducesensibilmentelapropriaproduzioneinmancanzadiSole.

Lareteelettricaèquindisottopostaadunimportanterinnovamento;saràinfattigestitame-diantetecnologieintelligentiingradodiintegraretuttigliutentioprodotticonnessidistribuen-doloroenergiainmodoefficiente.




Insintesileretielettriche,comeleconosciamonoi,vengonoutilizzateperdistribuireininter-rottamenteenormiquantitàdienergiadallecentralidiproduzioneaiconsumatori;ilcontrollodiquestaenergiaècentralizzatoeilflussodell’energiaèsemprelostesso.

Orasepensiamoalnumerosemprecrescentedegliimpiantidiapprovvigionamentodiener-giadafontirinnovabilichesonosparsisulnostroterritorio,ingrandiinstallazionicomeanchesupiccolascalanellenostreabitazioni,oppuresepensiamoall’impattocheavràabreveilpassag-giodallamobilitàacombustibileaquellaelettricaoppurel’incrementoesponenzialedeisiste-midiclimatizzazioneelettricisuscalanazionaleciaccorgiamocheunareteelettricacomequel-laattualenonèingradodigestireiflussieicarichi.

Lareteelettricadevediventareelettronica:unasmart gridappunto,chefacciainteragirepro-duttorieconsumatori,ingradodideterminareinanticipolerichiestedienergiaeconvogliareiflussoelettricolàdoveserve.

Unaveraepropriareteintelligente,nonsoloditrasportodienergiainunasoladirezione,mabidirezionaleeattivaconl’aiutodell’elettronica,dell’informaticaedellacomunicazione.

Unaretecompostaditantepiccolereticheviaggianotraproduttorieconsumatori,checomu-nicanotraloroesiscambianoinformazioni;chegestisconoconmiglioreefficienzaipicchidirichiesta,evitandointerruzionidielettricitàeriducendoilcaricodovenecessario.Tuttalaretesaràtenutasottostrettomonitoraggioperavertracciadituttoilflussoelettricodelsistema.

Perfareunesempio,quandoilcostodell’energiadiventaconvenienteunasmart gridpuòdeciderediattivareprocessiindustrialioppureelettrodomesticicasalinghieleeventualisovrap-produzionidienergiadialcuniluoghipossonoesseredistribuitilàdovecenesianecessità,inmododinamicoedintemporealegraziealsoftwaredigestione.

FunzionamentoPercapireancoramegliopossiamousarecomeesempiolaretediinternet,imeccanismisono

moltosimili:tuttigliutentisonointerconnessitraloro,ricevonoeinvianoinformazionietrag-gonovantaggiodaquestoscambio.



297

CAPITOLO 11

GLI ASPETTI ECONOMICI DEL FOTOVOLTAICO

11.1. Il mercato mondiale del fotovoltaicoRelativamente alle rinnovabili elettriche, ovvero l’eolico e il fotovoltaico in primis, sono

oltre500iGWeoliciinstallatifinoranelmondo.Nel2016l’eolicoèlafontechehadomina-tonellaclassificadellanuovapotenzainstallatainEuropaeinmoltipaesinelmondo.Ancheilfotovoltaicorealizzatosuscalemondialehasuperatodirecenteun’altrasogliaimportante:300GWdipotenza,dicuipiùdiunterzoinEuropa.

Sitrattaquindididuedeipiùrapidisviluppiindustrialidisempre,cheiprincipaliistitutidianalisifinanziariahannostimatopossanorappresentarefinoal2040quasiitrequartidituttiinuoviinvestimentinelsettoreenergetico,paria10.200miliardididollari(dicui4soloinCinaeIndia).Oltreadincrementareilrecentesviluppodelprocessodidecarbonizzazionelegatoalset-toreenergia,ilsettorerinnovabiliquasisicuramentepotràdeterminareunadiscesastimatadel4%annuodelleemissionidal2026rispettoal2016.

Nonostantelaprevistafinedimoltiincentiviafavoredellerinnovabili,ilcontinuoerapidocalodeicostidelleduetecnologiesopracitate,lacrescitadelcompartodellebatterieedeiveicolielettricicondizionerannoglisviluppidelledinamichedell’interocompartoelettricoedenergetico.

Inestremasintesi,daidatidisponibilisembraemergereildatoche«l’elettrificazione verde è ormai inarrestabile».

Sulpiùbreveterminerisultaevidentecheilfotovoltaico,latecnologiaconlacrescitapiùrapida,seguitodall’energiaeolica,attirerannorispettivamenteil37,5%eil21%degliinvesti-mentiglobalientroil2020.

Vediamomeglioquialcuniaspettisalientidelleprevisionideiprincipalioperatorifinanzia-ripartendodall’Outlook2017:

– Solarefotovoltaicoedeolicodominerannoilfuturodell’elettricità. – Sarannopariacirca7.400miliardididollarigliinvestimentiinnuoviimpiantiafonte

rinnovabileentroil2040,cioèil72%dituttiquellinelsettoreenergeticomondiale. – Ilsolarepotràcresceredi14volterispettoaoggiinterminidipotenzainstallata(2.800

miliardididollaridi investimenti).L’eolicoaumenteràdipotenzadi4volte conunaspesadi3.300mlddi$.

Mentreoggil’eolicoeilsolarerappresentanoinsiemeil12%dellacapacitàinstallataglo-baleeil5%dellagenerazioneelettrica,nel2040questequotecresceranno,rispettivamente,al48%eal34%.

Ilcostosulciclodivitadell’impiantotuttoincluso–dettoancheLCOE–dell’energiaelet-tricadafotovoltaicoèoggicircaunquartodiquantoeranel2009,maaquestocalosiaggiun-geràun’ulteriorediminuzionedel66%entrol’orizzontetemporaleprevistadaiprincipalireport,cioèil2040.Aquestadataconundollarosipotràacquistare2,3voltepiùenergiasolaredioggi.AncheperquestosiprevedeunanotevolediffusionedegliimpiantisutettosoprattuttoinAustra-




lia(conunaloroquotadigenerazionedel24%sulladomandaelettricadelpaese),inBrasile,GermaniaeGiappone.

Figura 11.1. Crescita delle rinnovabili a livello globale

La competizione con le fossiliSecondoquesteanalisiilFVègiàoggisuilivellidelcarboneinGermania,Australia,Usa,

SpagnaeItalia.Nel2021saràpiùeconomicodelcarboneancheinCina,India,Messico,UKeBrasile.PropriosulcarbonesiprevedechegliimpiantitermoelettricialimentaticonquestafontefossilecrollerannocertamenteinEuropaenegliUsa(moltiiGigaWattcheverrannocancella-ti),continuerannoacrescereunpo’inCina,maraggiungerannoilloropiccodidiffusionemon-dialenel2026.

Ancheperl’eolicosuterrafermaicostisarannoincalo,dicircail47%al2040,dopochenegliultimi8annisonodiminuitidicircail30%,grazieamacchinepiùperformantieprocedu-reoperativepiùstandardizzateesemplificate.

Mailcalopiùimpressionantesarànell’ambitodelcompartooffshore,dovesiprevedeunadiminuzionedelcostosulciclodivitadell’impiantodicircail71%,ancheperleeconomiediscaladicentralieturbinesemprepiùgrandi.

Dentroquestosvilupposi incastrerannoaltreinnovazionieuncontributosempremaggio-redegliaccumuli,questiultimiprotagonistianchedellafunzionediequilibrioeflessibilitàdelsistemaelettricorispettoaipicchidelladomanda, tantochelostorage utility-scale, inquestoruolo,saràtraiprincipalirivalidegliimpiantidigenerazionealimentatiagasnaturale.

Ilgasnaturalenonavràunpesocosìrilevante,comemoltipensanonellatransizioneallerin-novabili,conappenail16%dellanuovapotenzarealizzataal2040.

Avràpiùunruolonellagestione della flessibilità del sistema elettrico,piuttostochedirim-piazzodifonteprimariaricopertofinoradallecentraliacarbone,forseconl’unicaeccezione,nelbrevetermine,degliUsadoveèancoramoltoeconomicoeabbondante.



326

CAPITOLO 12

CASI STUDIO

12.1. Impianto da 4,5 kWp a servizio di una utenza privataVieneperprimacosaredattounostudiodifattibilitàvoltoallaverificatecnico-economica

perlarealizzazionediunsistemasolareFVdainstallaresullacoperturadiunedificiositoinPie-monteinunafrazionedelComunediSettimoTorinese.

Ildimensionamentovieneformulatoinseguitoasopralluogoedallaverificadelleareeeffet-tivamentedisponibili,alnettodellesuperficisoggetteapersistentifenomenidiombreggiamentodovutiallapresenzadibalaustre,camini,sfiati,alberi,paliededificilimitrofi.

Nell’otticadirealizzareunsistemasolarefotovoltaicochesiaingradodicontribuireeffica-cementeall’approvvigionamentoenergeticoannualedell’edificio,nellecondizionigeograficheedambientalidisitoetenutocontodellatipologiaemorfologiadell’edificiosucuisaràinstalla-tol’impianto,vienepropostaedescrittalamiglioresoluzionetecnicaindividuata.

IdatirelativialsitovengonoriassuntiinunatabellaevienevalutatalamiglioresuperficieespostanelquadranteSudEst–SudOvest.

Figura 12.1. Inquadramento e parametri climatici

Aquesto punto è possibile calcolare, partendo dai dati di irraggiamento della località inesame,l’irraggiamentosullasuperficieconsiderataovverostimadell’irraggiamentosolaresulpianomodulisecondoUNI10349.

Consideriamoadessolacaratteristicadeiconsumiutenzaperstimaenergiainautoconsumo.Iconsumidell’utenzasiattestanosui4700kWhall’annoeconsiderandol’importodellebol-

lettepossiamostimareuncostomediodelkWhdicirca23centesimidieuro.L’utenzahaunconsumoconcentratonelleorediurne(F1)essendogliutentistessiattivipro-

prionelleorecentralidellagiornata:questofasichesipossacontaresuunaltoautoconsumosti-mabilepericarichipresentinell’ordinedel60%.



12. CASISTUDIO 327

LasuperficiedisponibilesullafaldaSud-Ovestèdioltre60m²e,considerandoiconsumieleipotesidiincrementoafrontedell’installazionedipompedicaloreperilriscaldamentodell’acquasanitariaeladeumidificazionedelpianoterra,siipotizzalarealizzazionediunimpiantodi4,5kWp.

Considerandounatecnologiaditipomonocristallinoconefficienzamediadel16-17%otter-remmoun’occupazionedifaldautiledi27m²circa.

12.1.1. Composizione del sistema fotovoltaicoPer il dimensionamento del campo FV, si è considerato l’impiego dimoduli fotovoltaici

SHARPdiproduzioneeuropeainsiliciomonocristallinoconefficienzadiconversioneparial17%ovveropotenzadi170W/m²dimoduliinstallato,modelloNU-RD280da280Wp.

Ilsistemafotovoltaicopropostoècompostoquindida16modulifotovoltaicida280Wpcia-scunoperunapotenzanominalecomplessivaparia4,48kWp.

IlsistemadiconversioneèeffettuatomedianteuninverterABBmodelloPVI4.2Outdoorprovvistodisezionatorecorrentecontinua.

L’organizzazioneprevedelarealizzazionedi2stringheda8modulicadaunaattestaterispet-tivamenteagliinseguitoriMPPT1e2iningressoall’inverter

Figura 12.2. Consumi utenza e produzione stimata

12.1.2. Cenni sul progetto esecutivoIllatoincorrentecontinuadell’impiantoFVcomprendeimodulifotovoltaici,ilquadrodi

campoemanovra,irelativicavidicollegamentoeterminaaimorsettidiingressodell’inverter.ÈesercitocomesistemaIT,ovverosenzapuntidirettamentecollegatiaterra.Ilcampofotovoltaicoèorganizzatoconstrettoriferimentoalloschemaelettricomultifilare

(daallegareallarelazionetecnica): – le due stringhe sono realizzate connettendo in serie 8moduli fotovoltaici tramite gli

appositiconnettorirapidipremontati; – i terminali di stringa sono riportati allemorsettiere del quadro di campo emanovra,

postopressol’inverter,utilizzandocaviunipolariditipoFG21M21edFG7Rda0,6/1kV1×6mm²,intestatidaunlatocongliappositiconnettorirapidiedadattatori,rispet-tandolegiustepolarità;

– alquadrodicampoemanovragiungeuncavounipolaregiallo/verdeditipoNO7Vda6mm²provenientedalmorsettoditerradell’inverter;



365

INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO

Note sul software inclusoIlsoftwareinclusoinstallaiseguenticontenuti: – Fogli Excel per operare nell’ambito della progettazione di Impianti FV:

1. FoglioExcelper ildimensionamentoelettricomoduli/inverterpreviacompilazio-nedeidatidesuntidalleschedetecnichedeidispositiviprevisti.Èinoltrepossibiledimensionarelasezionedeicaviinrelazioneallalunghezzadeicircuitiealleperdi-teelettricheammesselatoCCelatoAC.

2. FoglioExcelperilcalcolodiproduttivitàdell’impiantopreviacompilazionedeidatidesuntidalleschedetecnichedeidispositiviprevisti.Talecalcolopermettedivaluta-reilPayBackdell’investimentoeibeneficiambientali.Èinoltrepossibilelaredazio-nediun’offertaeconomicachiavi in manomedianteuncomputometricodedicato.

3. FoglioExcelperl’analisifinanziariadell’impiantopreviacompilazionedeidatirela-tiviallaproduzioneunitaria,tassid’interesseecostiprevisti.Talecalcolopermet-tedivalutareilPayBackdell’investimentoinsiemealTassodiRendimentoInterno.

– Link ai siti web dei principali operatori del settorechemettonoadisposizionesoftwa-reperildimensionamentodeidispositivi.

– Glossario(terminipiùricorrentisull’argomento). – FAQ(rispostealledomandepiùfrequenti). – Test base/Test avanzato(verifichesullaconoscenzadell’argomento).

Requisiti hardware e software – Processoreda2.00GHz; – MSWindowsVista/7/8/10(ènecessariodisporredeiprivilegidiamministratore); – MS.NetFramework4evs.successive; – 250MBliberisull’HDD; – 2GBdiRAM; – MSExcel2007evs.successive; – Accessoadinternetebrowserweb.

Download del software e richiesta della password di attivazione1) Collegarsialseguenteindirizzointernet:

http://www.grafill.it/pass/983_3.php

2) Inserireicodici“A”e“B”(vediultimapaginadelvolume)ecliccare[Continua].




3) Per utenti registrati suwww.grafill.it: inserire i dati di accesso e cliccare [Accedi],accettarelalicenzad’usoecliccare[Continua].

4) Per utenti non registratisuwww.grafill.it:cliccaresu[Iscriviti],compilareilformdiregistrazioneecliccare[Iscriviti],accettarelalicenzad’usoecliccare[Continua].

5) Un link per il download del software e la password di attivazionesarannoinviati,intemporeale,all’indirizzodipostaelettronicainseritonelformdiregistrazione.

Installazione ed attivazione del software1) Scaricareilsetupdelsoftware(file*.exe)cliccandosullinkricevutopere-mail.2) Installareilsoftwarefacendodoppio-clicksulfile88-8207-984-0.exe.3) Avviareilsoftware:

PerutentiMSWindowsVista/7/8:[Start] › [Tutti i programmi] › [Grafill]› [Progettazione Impianti Solari FV](cartella)› [Progettazione Impianti Solari FV](iconadiavvio)PerutentiMSWindows10:[Start] › [Tutte le app] › [Grafill]› [Progettazione Impianti Solari FV](iconadiavvio)

4) CompilarelamascheraRegistrazione Softwareecliccaresu[Registra].5) DallafinestraStarterdelsoftwaresaràpossibileaccedereaidocumentidisponibili.



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