Impianto fotovoltaico grid connected

Installare un impianto fotovoltaico è il modo migliore per produrre energia pulita e risparmiare sui costi della bolletta. Un impianto di tipo grid-connected è la scelta più indicata se si cerca una fornitura stabile e la possibilità di cedere al gestore nazionale l’energia elettrica prodotta e non utilizzata sul posto.

Come si progetta un impianto fotovoltaico grid connected?

Se devi progettare un impianto fotovoltaico grid conneted, o un qualsiasi altro tipo d’impianto fotovoltaico, e vuoi essere sicuro che abbia un rendimento ottimale e che sia calcolato, posizionato e dimensionato al meglio, può esserti d’aiuto utilizzare uno specifico software per il fotovoltaico. Ma andiamo con ordine e vediamo nel dettaglio quali tipi di impianto fotovoltaico esistono, quali sono le caratteristiche principali e quali strumenti utilizzare per evitare errori di valutazione.

Cosa vuol dire impianto fotovoltaico grid connected

Un impianto fotovoltaico grid-connected, o impianto fotovoltaico connesso alla rete, è un sistema di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili che è collegato alla rete elettrica nazionale o locale. Questo tipo di impianto sfrutta l’energia solare per generare elettricità attraverso pannelli fotovoltaici e trasmette poi l’energia prodotta, tutta o in parte, direttamente alla rete elettrica, convertita in corrente alternata.

Al contrario, un impianto di tipo stand-alone o off-grid non è connesso alla rete, è completamente autonomo, accumula l’energia in batterie e la utilizza direttamente.

Per approfondire, leggi anche Tipi di impianto fotovoltaico: caratteristiche e vantaggi.

Componenti principali in un impianto solare connesso alla rete

I sistemi grid-connected includono:

• moduli fotovoltaici: monocristallini o policristallini, con specifiche caratteristiche;
• inverter di stringa, microinverter o inverter centrali: conversione DC/AC, MPPT integrati, funzioni di supporto alla rete;
• quadri elettrici DC/AC: protezioni contro sovracorrenti, sovratensioni e isolamento;
• sistema di monitoraggio: gateway, sensori irradiance, temperatura moduli;
• strutture di montaggio: sistemi aerati, zavorrati o integrati alla copertura;
• cablaggi e connettori certificati: classe II, resistenti UV e secondo normative CEI;
• dispositivi di interfaccia di rete: protezioni anti-islanding e dispositivi di sezionamento.

Come funziona

L’impianto fotovoltaico grid-connected è costituito da un campo fotovoltaico deputato alla raccolta di energia solare, suddiviso in diverse stringhe di moduli fotovoltaici disposte parallelamente.

È essenziale orientare i pannelli fotovoltaici in modo ottimale per beneficiare dell’esposizione al sole. L’esposizione migliore è tra sud, sud-est/ovest, est ma occorre considerare anche fattori più specifici del luogo come la presenza di alberi o edifici circostanti che possono proiettare ombra sui pannelli, rilievi montuosi, ecc.

Il componente distintivo di un impianto grid connected è l’inverter, necessario per la conversione dell’energia generata dal campo fotovoltaico, ovvero la corrente continua (DC), in energia per la rete elettrica sotto forma di corrente alternata (AC). È da sottolineare che, essendo “connesso alla rete”, l’impianto richiede cavi di connessione resistenti alle elevate temperature e ai raggi UV.

Tutte queste parti concorrono al funzionamento dell’impianto, e alla produzione di energia che viene successivamente immessa nella rete nazionale.

Modellazione impianto fotovoltaico 3D con Solarius-PV

Tipologie di impianto fotovoltaico

Esistono diverse tipologie di impianto fotovoltaico che si differenziano per l’utilizzo dell’energia elettrica prodotta:

• impianti fotovoltaici autonomi (stand-alone o off-grid): questi sistemi non sono collegati alla rete elettrica di distribuzione, pertanto l’energia generata è interamente impiegata per soddisfare il fabbisogno dell’edificio individuale su cui, o vicino al quale, sono installati. Gli impianti fotovoltaici autonomi rappresentano la soluzione ottimale per garantire la produzione di energia anche nelle aree remote non servite dalla rete elettrica di distribuzione;
• impianti fotovoltaici collegati alla rete (grid-connected): in questo contesto, l’impianto è connesso alla rete elettrica. L’energia generata viene prelevata dal gestore della rete di distribuzione, mentre, al contrario, viene fornita dal gestore della rete elettrica durante le ore in cui l’impianto non genera energia. L’energia elettrica prodotta e immessa nella rete costituisce un credito per l’utente;
• impianti fotovoltaici ibridi: questi impianti sono collegati alla rete elettrica, ma la presenza di un accumulatore consente di utilizzare l’energia solare immagazzinata per soddisfare completamente il fabbisogno dell’utente. Nel caso in cui anche l’energia accumulata sia consumata, l’edificio si ricollegherà alla rete attraverso una centralina elettrica.

In base alla posizione dei pannelli, invece, esistono impianti fotovoltaici:

• su copertura;
• su facciata o frangisole (brise soleil) di edifici nuovi od esistenti;
• a terra (parchi fotovoltaici con pannelli anche del tipo “girasole”);
• su terrazzo piano;
• su pensilina fotovoltaica (parcheggio).

Installazione impianto fotovoltaico su copertura

Fotovoltaico stand-alone e grid-connected: le differenze

Le principali differenze tra un impianto fotovoltaico grid-connected e uno stand-alone riguardano la connessione alla rete elettrica, la gestione dell’energia e l’indipendenza energetica. Ecco una panoramica delle differenze:

• connessione alla rete
  • grid-connected: questo tipo di impianto è collegato alla rete elettrica nazionale o locale. L’energia prodotta può essere utilizzata localmente e/o immessa nella rete. Inoltre, quando l’impianto non produce abbastanza energia, è possibile attingere elettricità dalla rete;
  • stand-alone: in un impianto stand-alone, l’energia prodotta viene utilizzata direttamente per alimentare i carichi locali o immagazzinata nelle batterie di accumulo per l’uso quando il sole non è disponibile (ore notturne, giornate poco soleggiate, ecc.). Non c’è connessione alla rete elettrica esterna;
• gestione dell’energia
  • grid-connected: in un impianto collegato alla rete, l’energia in eccesso può essere immessa nella rete, e il proprietario può ricevere crediti o compensazioni per questa energia. L’approvvigionamento di energia dalla rete è possibile quando l’impianto non produce abbastanza;
  • stand-alone: in un impianto stand-alone, l’energia deve essere gestita localmente. Spesso sono presenti sistemi di accumulo di energia, come batterie, per garantire un approvvigionamento continuo quando il sole non è disponibile;
• affidabilità energetica
  • grid-connected: gli impianti collegati alla rete offrono una maggiore affidabilità, poiché possono attingere energia dalla rete quando la produzione solare è insufficiente;
  • stand-alone: gli impianti stand-alone dipendono completamente dalla produzione solare e dalla capacità delle batterie di immagazzinare energia. La loro affidabilità è legata alle condizioni meteorologiche e alla dimensione del sistema di accumulo;
• applicazioni e utilizzo
  • grid-connected: comunemente utilizzato in aree urbane e suburbane, l’impianto grid-connected è adatto per chi desidera contribuire all’energia rinnovabile, beneficiare delle tariffe di net metering e avere un approvvigionamento energetico affidabile;
  • stand-alone: gli impianti stand-alone sono ideali in luoghi isolati, dove non è disponibile l’accesso alla rete elettrica. Sono spesso usati in applicazioni come stazioni meteorologiche, sistemi di pompe per l’acqua, o case fuori rete.

In sintesi, la principale distinzione tra i due tipi di impianti è la connessione o meno alla rete elettrica, con conseguenti differenze nella gestione dell’energia e nell’affidabilità energetica.

Come progettare un impianto fotovoltaico

Progettare un impianto fotovoltaico richiede una pianificazione accurata e la considerazione di diversi fattori, tra cui:

• Analisi del Luogo
  Posizione geografica: valuta la posizione del sito per determinare l’esposizione solare e la quantità di irraggiamento solare disponibile.
  Ombreggiamento: identifica eventuali ostacoli, come alberi o edifici, che potrebbero causare ombreggiamenti sugli array fotovoltaici.
• Dimensionamento dell’impianto
  Calcolo del carico energetico: stima il consumo energetico giornaliero dell’edificio o dell’apparecchio a cui l’impianto sarà collegato.
  Dimensionamento degli impianti: determina la dimensione dell’impianto in base alla potenza richiesta e all’irraggiamento solare previsto.
• Selezione dei Componenti
  Pannelli fotovoltaici: scegli pannelli con l’efficienza e la capacità adeguate.
  Inverter: seleziona un inverter adatto alla potenza dei pannelli fotovoltaici. Puoi optare per inverter centralizzati o string inverter, a seconda del progetto.
  Strutture di supporto: valuta le opzioni per il montaggio dei pannelli, come telai fissi, sistemi di inseguimento solare, o strutture integrate negli edifici.
• Progettazione del Sistema
  Configurazione dell’array: determina l’orientamento e l’inclinazione ottimali per massimizzare l’irraggiamento solare.
  Distribuzione degli elementi: pianifica la posizione dei pannelli, degli inverter e dei cavi in base alle caratteristiche del sito.
• Valutazione Economica
  Analisi finanziaria: valuta il ritorno sugli investimenti (ROI) e i benefici fiscali.
  Costi: calcola i costi iniziali e operativi dell’intero impianto.

Per approfondire, leggi anche:

• Progettare un impianto fotovoltaico: principi base e metodologie;
• Progettazione di impianti fotovoltaici: i vantaggi del BIM.

Tutti questi aspetti possono essere considerati in modo molto più semplice e utilizzando una procedura guidata, grazie ad un software fotovoltaico.

In questo video ti mostro un esempio pratico per sapere come procedere.

Come i sistemi fotovoltaici connessi alla rete si integrano nella progettazione degli edifici

L’integrazione dei sistemi fotovoltaici connessi alla rete nella progettazione degli edifici richiede un approccio multidisciplinare che coinvolge architettura, ingegneria elettrica, strutturale e impiantistica. Fin dalle prime fasi di concept, il FV deve essere considerato come parte integrante del progetto, non come un semplice componente aggiuntivo: ciò significa valutare superfici disponibili, orientamenti favorevoli, vincoli estetici e paesaggistici, nonché le esigenze energetiche dell’edificio.

L’integrazione può avvenire in due modalità principali: BAPV (Building-Applied PV), in cui i moduli sono installati su superfici esistenti come coperture e facciate, e BIPV (Building-Integrated PV), dove i moduli fotovoltaici sostituiscono elementi edilizi tradizionali svolgendo anche funzioni architettoniche come schermature solari, parapetti, rivestimenti di facciata o componenti della copertura.

Dal punto di vista elettrico, un impianto connesso alla rete deve essere progettato per garantire sicurezza, efficienza e conformità normativa: ciò implica una corretta configurazione delle stringhe, la scelta di inverter adeguati, il dimensionamento dei quadri di interfaccia e il rispetto delle norme di connessione alla rete nazionale. Architettonicamente, la progettazione deve tenere conto dell’integrazione visiva dei moduli, dell’accessibilità per la manutenzione, delle ombre generate da elementi dell’edificio e dei carichi aggiuntivi sulla struttura. L’uso di software di simulazione energetica e strumenti BIM consente di integrare il fotovoltaico nel modello digitale dell’edificio, verificare interferenze, valutare la producibilità in relazione all’irraggiamento e ottimizzare il layout sulla base di dati reali.

Un impianto FV connesso alla rete, se correttamente integrato, contribuisce al raggiungimento degli standard energetici contemporanei — come NZEB, certificazioni LEED o protocolli locali — migliorando le prestazioni dell’edificio sia a livello di consumo energetico sia dal punto di vista del ciclo di vita. L’attenzione alla predisposizione degli spazi per inverter, canalizzazioni, sistemi di monitoraggio e future integrazioni (come batterie o veicoli elettrici) rende l’edificio più flessibile e pronto ad adattarsi ai futuri sviluppi tecnologici. In sintesi, l’integrazione dei sistemi fotovoltaici connessi alla rete non è solo una questione impiantistica, ma un processo progettuale completo che armonizza forma, funzione e prestazione energetica, contribuendo alla costruzione di edifici più sostenibili e intelligenti.

Best practice di orientamento e inclinazione dei moduli fotovoltaici

Le best practice per l’orientamento e l’inclinazione dei moduli fotovoltaici mirano a massimizzare l’irraggiamento sul piano dei pannelli e quindi la produzione energetica, tenendo conto di variabili geometriche, ambientali e tecniche.

In generale, nell’emisfero nord l’orientamento ideale è verso Sud, con una tolleranza di ±15–30° che comporta perdite minime; deviazioni più ampie fino a Est o Ovest riducono la produzione annuale ma possono risultare strategiche quando si vuole ottimizzare l’autoconsumo in specifiche fasce orarie.

L’inclinazione ottimale dipende invece dalla latitudine: in Italia, valori compresi tra 25° e 35° garantiscono la massima resa annuale, mentre inclinazioni più elevate migliorano la produzione invernale e quelle più ridotte favoriscono quella estiva, pur riducendo l’autopulizia naturale dei pannelli.

Le ombre rappresentano uno dei principali fattori di perdita e richiedono analisi dedicate con software professionali e calcolo delle distanze minime tra le file sui tetti piani per evitare ombreggiamenti interni, spesso nell’ordine di 1,5–2,5 volte l’altezza del modulo.

Anche la ventilazione dei pannelli è cruciale: mantenere uno spazio di 5–12 cm dalla superficie di supporto riduce le temperature operative e quindi le perdite legate al coefficiente termico. L’aspetto elettrico impone ulteriori attenzioni, poiché ombre parziali su un solo modulo possono compromettere l’intera stringa: per questo è buona norma separare orientamenti e tilt diversi su MPPT differenti ed eventualmente impiegare ottimizzatori o microinverter in contesti particolarmente eterogenei.

L’inclinazione influisce inoltre sulle sollecitazioni strutturali dovute a vento e neve, che aumentano sensibilmente per tilt superiori a 35° o inferiori a 10°, motivo per cui sui tetti piani si adotta spesso un compromesso tra 10° e 15°, utile anche per massimizzare la densità di installazione.

Infine, superfici ad alta riflettanza o moduli bifacciali possono richiedere inclinazioni diverse per sfruttare il contributo dell’albedo. Nel complesso, un approccio integrato che considera orientamento, inclinazione, ombre, aerazione, layout elettrico e vincoli strutturali permette di ottenere impianti più efficienti, affidabili e coerenti con le esigenze energetiche e architettoniche del progetto.

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/grid-connected/