Come è fatto un impianto fotovoltaico

Cos'è un impianto fotovoltaico?

Un impianto fotovoltaico è sostanzialmente un impianto elettrico in cui l'energia viene prodotta sfruttando la radiazione solare.
Infatti, l'effetto fotovoltaico permette di trasformare in energia elettrica la luce solare che arriva sulla terra grazie al silicio, un materiale semiconduttore molto usato nei dispositivi elettronici.

Gli impianti fotovoltaici si distinguono in due grandi famiglie:
• impianti grid connected, quelli connessi a una rete di distribuzione gestita da terzi;
• impianti a isola o stand alone, non connessi ad alcuna rete, sfruttano direttamente sul posto l'energia prodotta.



Dal punto di vista tecnico, l'impianto non è particolarmente complesso e si compone dei seguenti elementi:
• celle
• moduli
• stringhe
• inverter
• quadri elettrici.

La potenza nominale di un impianto fotovoltaico è data dalla somma delle potenze nominali dei moduli che lo compongono e l'unità di misura è il chilowatt.

In base alla loro potenza, gli impianti vengono suddivisi in tre categorie di grandezza:
• piccoli impianti, quelli con potenza nominale inferiore a 20kW
• medi impianti, quelli con potenza nominale compresa tra 20 e 50 kW
• grandi impianti, quelli con potenza nominale superiore a 50 kW.

Componenti di un impianto fotovoltaico

Celle fotovoltaiche

La cella è l'unità minima componente un impianto fotovoltaico.
Il suo funzionamento è analogo a quello di una pila che sfrutta le caratteristiche dei materiali semiconduttori: colpita dai fotoni dei raggi solari genera un differenziale di tensione e un'intensità di corrente.

La stragrande maggioranza delle celle in commercio sono di silicio, monocristallino, policristallino e ribbon, cioè del tipo fuso e colato in strati piani.

Con l'evoluzione della tecnologia si può dire che oggi non esista una grande differenza tra celle in silicio monocristallino e policristallino, in termini di efficienza.

In alternativa si possono realizzare celle fotovoltaiche in film sottile di materiali semiconduttori, come il silicio amorfo, il rame, l'indio, il selenio, il telloruro di cadmio.

Quest'ultimo si sta molto diffondendo perché permette di assorbire la luce solare anche a bassa intensità e quindi di sfruttare l'impianto fotovoltaico anche in condizione di nuvolosità o nei periodi di alba e tramonto.

Moduli fotovoltaici

Il modulo fotovoltaico è un laminato, in genere con la superficie in vetro, all'interno del quale sono incapsulate le celle, collegate tra loro in serie.

Il modulo più comune è composto da 60 celle e ha una potenza compresa tra 210 e 240 Wp.

Le caratteristiche tecniche di un modulo fotovoltaico sono determinate dai parametri che le caratterizzano e possono trovarsi dettagliati nelle schede tecniche.
Essi sono i seguenti:
• efficienza, potenza di picco del modulo, misurata in condizioni standard;

• tolleranza, rispetto alla potenza di targa dei moduli;

• coefficiente di temperatura, è la percentuale di diminuzione della potenza per ogni aumento di un grado Celsius.
Infatti, l'aumento della temperatura determina un calo della tensione e quindi della potenza;

• NOCT (Normal Operative Cell Tamperature), indica la temperatura a cui vengono a trovarsi le celle in condizioni standard. Un valore basso definisce una buona capacità di dissipare il calore e quindi un miglior funzionamento delle celle;

• spessore del vetro, un vetro sottile rende il modulo più leggero, ma un vetro più spesso va a favore della sua robustezza e resistenza;

• fill factor o fattore di riempimento, rappresenta la capacità delle celle, e quindi del modulo, di generare più energia e quindi valori più alti di tensione e corrente.

Stringhe fotovoltaiche

Le stringhe sono formate dai moduli fotovoltaici presenti nell'impianto e collegati tra loro in serie.
Nella progettazione di una stringa un impiantista deve stare particolarmente attento a evitare fenomeni di ombreggiamento, in quanto questi possono influenzare la potenza di tutta la stringa.

Inverter

L'inverter ha la funzione di trasformare la corrente continua generata dalle stringhe in corrente alternata.

A differenza di un inverter generico, però, esso funziona con un algoritmo di calcolo molto sofisticato che consente di estrarre dall'impianto la massima potenza possibile, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche.
Queste, infatti, fanno sì che ci siano continue variazioni della corrente e della tensione.
Tale algoritmo prende il nome di MPPT, Maximum Power Point Tracking.

Se ad esempio si installa un impianto su un tetto a due falde, ciascuna avente un differente orientamento, è possibile avere due MPPT per sfruttare meglio la potenza, ma naturalmente l'impianto avrà un costo maggiore.

Un parametro importante per valutare la qualità di un inverter è la sua efficienza, che misura la quantità di corrente continua trasformata in corrente alternata.

Poiché nel periodo compreso tra l'alba e il tramonto si presentano diverse condizioni di irraggiamento, una buona qualità dell'inverter è quella di mantenere un valore dell'efficienza costante per tutto il periodo.

Quadri elettrici

Nella parte di collegamento tra i moduli e gli inverter, quindi nella parte a corrente continua, laddove si utilizzino inverter distribuiti o di stringa, non sempre è necessario utilizzare dei quadri elettrici.

Nel caso in cui si utilizzino degli inverter centralizzati, è necessario posizionare delle cassette di stringhe.
Queste, se esposte in copertura, devono essere adeguatamente impermeabilizzate, visto che si generano elevati livelli di tensione.
Per la protezione dalle scariche atmosferiche può essere utile installare uno scaricatore di sovratensione in corrente continua.

Per la parte a valle dell'inverter, quella a corrente alternata, è invece necessario installare un quadretto con un interruttore e uno scaricatore di sovratensione.

Da questo punto in poi l'impianto è collegato al quadro generale di bassa tensione dell'edificio e quindi l'energia prodotta potrà essere utilizzata dai suoi impianti.