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Ottimizzazione energetica con la Bioedilizia: le fonti rinnovabili, il Solare Termodinamico e il Fotovoltaico

La redazione di BibLus-Net prosegue con la panoramica sulle Fonti Rinnovabili occupandosi, per dovere di completezza, del Solare Termodinamico e del Solare Fotovoltaico .

La redazione di BibLus-Net prosegue con la panoramica sulle Fonti Rinnovabili occupandosi, per dovere di completezza, del Solare Termodinamico e del Solare Fotovoltaico.

IL SOLARE TERMODINAMICO
L’energia termica, calore, viene sfruttata indirettamente in cicli Termodinamici grazie ai quali viene prodotta elettricità da immettere nella rete.
La tecnologia si basa sull’utilizzo di semplici “specchi parabolici” per la concentrazione della radiazione diretta, al fine di convertire in modo efficiente l’energia solare in calore ad alta temperatura. Per superare il limite della variabilità solare dovuto al ciclo giorno/notte il sistema prevede che l’energia solare venga immagazzinata sotto forma di calore grazie all’impiego di sali fusi alla temperatura di 550° C (nuova miscela di sali in grado di trattenere a lungo il calore). L’accumulo termico avrà una capacità tale da erogare potenza in modo completamente indipendente dalla presenza dell’irraggiamento solare. Questa nuova tecnologia, ancora in fase di sperimentazione, qualora sviluppata su scala commerciale potrà costituire una nuova alternativa per la produzione di energia elettrica ad un costo tendenzialmente competitivo e ad emissioni inquinanti nulle.

IL SOLARE FOTOVOLTAICO
La tecnologia fotovoltaica si basa, invece, sulla proprietà di alcuni materiali (detti “semiconduttori” come il silicio arricchito con boro o fosforo) di rilasciare una corrente di elettroni se colpiti da una radiazione luminosa, convertendo direttamente l’energia solare in energia elettrica.

Le principali applicazioni
I sistemi fotovoltaici possono essere impiegati per:

  1. impianti con sistema di accumulo per utenze isolate dalla rete (impianti stand alone);
  2. impianti per utenze collegate alla rete di bassa tensione (impianti grid connected);
  3. centrali di produzione di energia elettrica generalmente collegate alla rete in media tensione.

I componenti
La soluzione impiantistica nota come “tetto fotovoltaico” è composta da:

  • generatore fotovoltaico, modulo;
  • inverter di collegamento fra i moduli e la rete che trasforma la corrente da continua in alternata compatibile con la rete;
  • dispositivo di interfaccia con la rete elettrica;
  • contatore, meter, interposto tra l’inverter e la rete che contabilizza l’energia prodotta dal generatore e quella assorbita dalla rete;
  • quadri elettrici, cavi di collegamento;
  • accumulatori di energia e regolatore di carica (solo per impianti isolati stand alone).

Il dimensionamento
Per un impianto connesso alla rete dipende da:

  • area disponibile per il generatore fotovoltaico;
  • potenza massima fornita per contratto dal distributore (kW);
  • consumi medi di energia (kwh);
  • capitale disponibile per l’investimento.

Il dimensionamento di un impianto fotovoltaico per impianti stand alone è più complesso, perchè deve essere in grado di soddisfare le utenze senza l’ausilio della rete elettrica. Vanno contemplati i seguenti parametri:

  • energia giornaliera richiesta;
  • potenza di picco;
  • necessità di accumulo di energia;
  • radiazione solare incidente;
  • carichi/apparecchi da servire.

La prima valutazione è quella dei carichi: potenza e numero di ore giornaliere di funzionamento. Il passo successivo è quello del calcolo dell’energia giornaliera richiesta e della radiazione solare sul piano dei moduli; poi, in base a questi dati, si passa al dimensionamento del generatore fotovoltaico e dell’accumulo. L’inverter dovrà essere tale da soddisfare la potenza totale massima richiesta dall’utenza. Il dimensionamento degli altri componenti si effettua di conseguenza.

Dove può essere installato
I moduli fotovoltaici possono essere collocati su qualsiasi pertinenza dell’immobile di proprietà dell’utente purchè sussistano i seguenti requisiti:

  • disponibilità dello spazio necessario di circa 8 – 10 m² netti per ogni kWp di potenza installata;
  • corretta esposizione ed inclinazione della suddetta superficie: esposizione a Sud ed inclinazione di 30-35°;
  • assenza di ostacoli, durante tutto l’anno, che potrebbero creare ombreggiamento.

Le principali soluzioni tecnico-architettoniche per l’installazione di un impianto sono:

  1. posa “retrofitt” sopra il tetto;
  2. posa integrata nella copertura;
  3. posa su terrazzo;
  4. posa integrata in facciata verticale.

Le alternative tecnologiche
Esistono per tipo di materiali captanti:

  1. silicio monocristallino: ha un alto rendimento (fino al 15%) ma i costi sono, piuttosto, alti a causa del complesso processo di realizzazione;
  2. silicio amorfo: rendimenti ancora più bassi (fino al 7%) e costi decisamente inferiori, ma le superfici dovranno essere ulteriormente maggiorate;
  3. silicio policristallino: di buona efficienza (rendimenti fino al 13%) e costi meno onerosi; tuttavia per raggiungere la stessa potenza di picco sono richieste superfici maggiori;
  4. silicio in film sottili: recente tecnologia che si proporrà, appena disponoibile, come la combinazione ideale dei vantaggi sia del prezzo basso del silicio amorfo che dell’alta efficienza e affidabilità di quello cristallino;

per tipo di installazione:

  1. generatori standard;
  2. generatori per integrazione architettonica, di forme e colori non standard, pensati per essere integrati nelle costruzioni e in altre strutture.

Quanta elettricità produce
La produzione elettrica annua di un tetto solare può essere stimata piuttosto accuratamente tenendo in considerazione:

  • la radiazione solare annua del luogo;
  • un fattore di correzione calcolato sulla base dell’orientamento, dell’angolo d’inclinazione dell’impianto e di eventuali ombre temporanee;
  • le prestazioni tecniche dei moduli fotovoltaici, dell’inverter e degli altri componenti dell’impianto;
  • le condizioni operative dei moduli (aumentando la temperatura di funzionamento diminuisce l’energia prodotta).

Da svariati studi sul tema è emerso che, considerando le migliori condizioni locali d’installazione (30°, SUD e assenza di ombreggiamenti), per un tetto solare fotovoltaico da 1 kWp[1] (8-10 m² di moduli cristallini di silicio d’uso corrente) si stima una produzione elettrica annua di 1000 kWh per il Nord, di 1100 kWh per il Centro e di 1200-1300 kWh per il Sud e le isole.

[1] La potenza di picco di un tetto solare si esprime in kWp (chilowatt di picco), cioè la potenza teorica massima che il tetto può produrre nelle condizioni standard di insolazione e temperatura dei moduli (1000 W/m² e 25° C).

I benefici
Economici, con l’incentivo “Conto Energia” studiato per garantire un’equa remunerazione dei costi di investimento e di esercizio (art. 7 comma 2 lettera “d” del DLgs. n. 387/2003). Infatti il contributo è previsto per 20 anni mentre il tempo di ritorno sull’investimento viene valutato in circa 12 anni al nord Italia e 10 al sud Italia.
Ambientali, in quanto la produzione di energia elettrica attraverso generatori fotovoltaici esclude l’utilizzo di qualsiasi combustibile, quindi, azzera le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra e di altri inquinanti.

Il tempo di vita
Dipende dai suoi componenti, in genere si usa accreditare l’impianto di una vita complessiva di 20 anni. I moduli monocristallini e policristallini, attualmente più venduti, hanno una durata di vita superiore, da 25 a 30 anni con una diminuzione delle prestazioni energetiche inferiore al 20%. La garanzia fornita dai produttori sul mantenimento delle prestazioni energetiche originarie è di 10-12 anni. I moduli amorfi di silicio, meno costosi, hanno una perdita di rendimento del 30% nei primi mesi per poi stabilizzarsi gradualmente. Gli inverter hanno, altrettanto, una durata nel tempo piuttosto lunga.

In allegato sono disponibili:

  1. L’Approfondimento di BibLus-net sugli incentivi in conto energia e sul dimensionamento dell’impianto fotovoltaico.
    L’approfondimento contiene alcune tabelle con le quali è possibile, una volta individuata la potenza da installare, stimare l’impegno economico per la realizzazione dell’impianto fotovoltaico, il tempo necessario per rientrare dell’investimento effettuato e la superficie occorrente all’installazione dei pannelli solari.
  2. Il Dossier “Solare Fotovoltaico” della collana di pubblicazioni ad alto contenuto tecnico del progetto RES & RUE Dissemination presentato da Adiconsum come campagna informativa sull’uso efficiente dell’energia e delle fonti rinnovabili
Documento Dimensione Formato
Approfondimento di BibLus-net su incentivi in conto energia e dimensionamento dell’impianto fotovoltaico 265 Kb PDF
Dossier Solare Fotovoltaico – RES & RUE Dissemination 429 Kb PDF
 

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