Come funziona un impianto fotovoltaico?

Sono ormai una costante delle nostre vite, li si può individuare facilmente buttando l’occhio sugli edifici delle nostre…

25/01/2023Sono ormai una costante delle nostre vite, li si può individuare facilmente buttando l’occhio sugli edifici delle nostre città e probabilmente, almeno una volta, anche noi abbiamo pensato di installarne uno sul nostro tetto. Ma come funziona davvero un impianto fotovoltaico?

Capace di convertire l’energia che proviene dal sole (energia solare) in energia che può essere utilizzata in case e aziende (energia elettrica), un impianto fotovoltaico può avere diverse dimensioni e può essere installato con diverse tecniche ed in luoghi differenti. Ma sappiamo davvero cosa avviene all’interno di quelle celle geometriche e blu?

In questo articolo dedicato al fotovoltaico scopriremo:

• come funziona un impianto fotovoltaico,
• come le celle fotovoltaiche, una volta colpite dal sole, riescano a generare un flusso di corrente elettrica,
• come questa corrente, una volta raccolta riesca ad alimentare edifici e la rete elettrica. 

Non perderti la #curiosità a fine articolo!

Quali sono le componenti di un impianto fotovoltaico?

Un impianto fotovoltaico è composto da quattro componenti principali: 

• moduli fotovoltaici (costituiti da celle solari che convertono l’energia solare in corrente elettrica),
• inverter (che trasforma la corrente continua prodotta dai pannelli, in corrente alternata utilizzabile per l’alimentazione dei contatori),
• sistema di montaggio (tiene i pannelli solari in posizione),
• sistema di monitoraggio e controllo (consente di tenere traccia della produzione di energia e di identificare eventuali problemi nell’impianto).

Scopriamole insieme per comprendere come funziona un impianto fotovoltaico!

Moduli fotovoltaici

Partiamo dai moduli fotovoltaici che racchiudono le vere protagoniste della trasformazione energetica: le celle fotovoltaiche.

Le celle fotovoltaiche sono composte da materiali semiconduttori, come il silicio, e possono essere di due tipi: celle di silicio cristallino e celle di silicio amorfo.

Le celle di silicio cristallino sono costituite da silicio puro o da una lega di silicio e sono le più comuni e diffuse nell’industria fotovoltaica (coprono circa il 90% del mercato). Esse possono essere ulteriormente suddivise in celle di silicio monocristallino e policristallino:

• Silicio monocristallino: si tratta di un blocco di silicio puro costituito da un solo cristallo. Sono celle caratterizzate dal più alto grado di purezza del silicio. Sono le più efficienti con rendimenti intorno al 18-22%. Questo tipo di pannelli erano i più costosi e venivano utilizzati quando non si disponeva di molto spazio. Attualmente il costo di produzione è pari a quello della tecnologia policristallina e quindi sono i più utilizzati.
• Silicio policristallino: è costituito da scarti di silicio monocristallino. I pannelli solari policristallini erano i più economici da produrre, nonostante beneficiassero di un’efficienza meno elevata rispetto al silicio monocristallino: il 14-18%. Nell’epoca dei conti energia erano i più utilizzati, ma la tendenza degli ultimi anni ha portato ad un superamento a favore della tecnologia monocristallina.

Le celle di silicio amorfo sono invece costituite da un sottile strato di silicio depositato su un substrato di vetro o metallo. Sono meno efficienti rispetto alle celle di silicio cristallino ma sono più flessibili e adatte ad una moltitudine di differenti strutture architettoniche tra cui le superfici curve.

E’ tuttavia importante ricordare che un’efficienza minore non si traduce in una minore qualità dei pannelli, ma piuttosto in una maggiore superficie necessaria per generare la stessa potenza.

Esistono poi anche altri tipi di celle fotovoltaiche come celle a base di perovskite e celle a base di CIGS (Rame, Indio, Gallio, Selenio). Queste celle sono meno diffuse rispetto alle celle di silicio poiché hanno un rendimento energetico inferiore (producono meno energia per area unitaria) e possiedono un processo di produzione più complesso e costoso rispetto a quello per le celle in silicio. Tuttavia, le celle CIGS hanno il potenziale per essere più efficienti e meno costose in futuro, quindi la ricerca in questo campo prosegue.

Inverter

Un inverter è un dispositivo elettronico che converte la corrente continua (DC) in corrente alternata (AC). I pannelli solari producono corrente continua, quindi per utilizzare l’energia elettrica prodotta in un sistema di alimentazione domestico o industriale, è necessario utilizzare un inverter per convertirla in corrente alternata.

In pratica, l’inverter è composto da un circuito elettronico che controlla la frequenza e la tensione della corrente alternata, in modo che sia compatibile con la rete elettrica. Inoltre, gli inverter moderni sono in grado di monitorare la produzione di energia del sistema solare, di gestire la carica delle batterie e di interfacciarsi con la rete elettrica per immagazzinare o cedere l’energia prodotta in eccesso.

Sistema di montaggio

Il sistema di montaggio di un impianto fotovoltaico serve a tenere i pannelli solari in posizione e ad orientarli verso il sole. Esistono diverse tipologie di sistemi di montaggio, tra cui:

• Montaggio a terra: i pannelli solari vengono installati su una struttura fissa a terra, solitamente in un’area aperta e pianeggiante.
• Montaggio su tetto: i pannelli solari vengono installati su un tetto, sia esso piano o inclinato.
• Montaggio a inseguimento solare: i pannelli solari sono montati su una struttura che permette di seguire i movimenti del sole per ottenere la massima resa possibile.
• Montaggio a scambio termico: i pannelli solari vengono installati su un sistema di scambio termico, utilizzando l’acqua come mezzo di trasporto per la produzione di energia termica e fotovoltaica.

I sistemi di montaggio possono essere fissi o inclinabili e devono essere scelti in base alle specifiche del sito di installazione e alle esigenze dell’utente.

Sistema di monitoraggio e controllo

Il sistema di monitoraggio e controllo di un impianto fotovoltaico consente di tenere traccia della produzione di energia, dei rendimenti e dei problemi dell’impianto, per garantirne la miglior resa possibile. 

Il sistema di monitoraggio e controllo di un impianto fotovoltaico può includere:

• Sensori di corrente e tensione: per misurare la produzione di energia dei singoli pannelli solari e dell’intero impianto.
• Dispositivi di comunicazione: per trasmettere i dati raccolti a un sistema di gestione remota.
• Software di visualizzazione: per visualizzare i dati in modo semplice e intuitivo, attraverso un’interfaccia web o un’app mobile.
• Allarmi: per segnalare eventuali problemi o malfunzionamenti dell’impianto, come una manutenzione necessaria o un guasto.

Sistema di accumulo (opzionale)

Esiste un’altra componente, impiegata principalmente in abbinamento ad impianti fotovoltaici domestici ed utilizzata per immagazzinare l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico con l’obiettivo di utilizzarla per necessità future: la batteria d’accumulo.

Ma come funziona?

• Mattino: l’energia prodotta viene consumata direttamente, mentre quella in eccesso viene immagazzinata all’interno delle batterie. 
• Pomeriggio: l’accumulatore è carico e il surplus di energia viene immesso nella rete elettrica.
• Sera: l’energia accumulata nella batteria viene utilizzata all’interno della propria abitazione.
• Notte: nel caso in cui l’energia accumulata nella batteria non fosse sufficiente a soddisfare l’intero fabbisogno energetico, l’energia viene prelevata dalla rete.

Ecco come funziona un impianto fotovoltaico!

Curiosità: il fotovoltaico in condominio

Sapevi che Installare un impianto fotovoltaico se si abita in condominio è possibile anche se potrebbe essere necessario tenere conto di una serie di possibili limitazioni?

Potrebbero infatti esistere una serie di restrizioni o limitazioni nello statuto del condominio o nei regolamenti comunali tali da impedirne l’installazione. Risulta quindi importante verificare se l’edificio e il tetto sono adatti per l’installazione prima di intraprendere l’iter installativo.

Inoltre, l’articolo 1122 bis del codice civile stabilisce che “è consentita l’installazione di impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili destinati al servizio di singole unità del condominio sul lastrico solare, su ogni altra idonea superficie comune e sulle parti di proprietà individuale dell’interessato”, pertanto non è necessaria la maggioranza dei voti dei proprietari degli alloggi dello stabile per installare un impianto fotovoltaico per uso proprio, ma è necessario comunque inviare all’amministratore una comunicazione inerente al lavoro che si vuole svolgere.

L’assemblea condominiale valuterà quindi la fattibilità dell’opera, indicando come e dove installare l’impianto, ma non potendo negare di utilizzare le parti comuni.

Esistono tuttavia dei limiti alla libertà prevista dalla normativa. Potrebbe infatti essere fornita prova che la posa dei pannelli possa ledere il decoro architettonico dell’edificio oppure compromettere la stabilità o la sicurezza del fabbricato, o ancora che lo spazio occupato pregiudica il pari diritto degli altri condomini di fare altrettanto. In questi casi l’assemblea è autorizzata a fermare i lavori oppure ordinare lo smantellamento dell’impianto.

L’art. 1102 stabilisce infatti che ciascun condomino può usare gli spazi comuni a patto che non ne modifichi la destinazione e non impedisca agli altri condomini di farne parimenti uso. 

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