Impianto fotovoltaico: come funziona

Impianto fotovoltaico: come funziona

Un impianto fotovoltaico è un sistema elettrico ecologico capace di produrre energia pulita sfruttando l’inesauribile fonte solare, abbondantemente disponibile.

Questi impianti sono formati da speciali componenti detti “moduli fotovoltaici“, costituiti al loro interno da celle in silicio opportunamente collegate, che fungono da cuore energetico del sistema, in grado di catturare l’energia irradiata dal sole e convertirla in potenza elettrica.

Tipologie di impianto fotovoltaico

Esistono fondamentalmente due principali configurazioni di impianto fotovoltaico, che si differenziano per il modo in cui gestiscono l’energia prodotta. Gli impianti connessi alla rete elettrica sono sistemi progettati per immettere nella rete domestica l’energia elettrica generata, senza la necessità di uno stoccaggio.

Nelle ore di sole, quando la produzione eccede le necessità interne, la quantità eccedente il fabbisogno immediato viene invece ceduta alla rete elettrica pubblica, limitando così i prelievi e recuperando valore economico. Per massimizzare ulteriormente l’autoconsumo istantaneo, si prevede spesso anche l’installazione di sistemi di accumulo locali, in grado di immagazzinare parte dell’energia per il successivo utilizzo serale o nei giorni di basso irraggiamento.

Invece, gli impianti isolati sono impianti generalmente più compatti, scollegati dalla rete elettrica principale. Operano in maniera del tutto autonoma, garantendo la fornitura affidabile direttamente agli apparati che servono, come piccoli edifici residenziali o utilizzatori industriali isolati, senza dipendere dalla precarietà della rete di distribuzione.

Proprio per assicurare continuità di funzionamento anche in caso di lunghi periodi nuvolosi, integrano necessariamente batterie di accumulo e sistemi di gestione dell’energia.

Come funziona un impianto fotovoltaico

La progettazione di un impianto fotovoltaico efficiente nasce dall’orchestrazione sinergica di diversi importanti elementi. Ognuno gioca un ruolo ben definito e la loro corretta interazione determina le prestazioni dell’insieme. I moduli sono i veri protagonisti dell’impianto. Composti dall’intelligente combinazione di più celle fotovoltaiche in silicio, la loro capacità di assorbire l’energia del sole e convertirla in potenza elettrica è il fulcro dell’intero sistema. Da essa dipendono le rese ottenibili.

Le strutture di sostegno sono componenti dall’aspetto quasi minimalista sono in realtà fondamentali. Il loro compito è infatti quello di fissare e orientare nel modo più efficace i moduli sulle superfici di appoggio disponibili. Un corretto angolo di incidenza rispetto ai raggi solari consente di ottimizzare l’esposizione e massimizzare la resa dell’impianto.

Il cuore elettronico dell’impianto è l’inverter. Questo dispositivo specializzato svolge un ruolo assolutamente vitale, ovvero trasformare la corrente continua generata da pannelli e moduli nella corrente alternata necessaria per gli utilizzi domestici, industriali e per l’immissione in rete. Per garantire sicurezza anche in condizioni critiche, incorpora raffinati sistemi di protezione e isolamento.

Nelle vene e nelle arterie di un impianto scorre la sua linfa vitale: la corrente elettrica. I cavi speciali destinati agli impianti fotovoltaici devono essere di ottima qualità e resistenza, per sopportare l’esposizione continua ad agenti atmosferici senza degradarsi o perdere le preziose proprietà elettriche. Trasportano la corrente continua con dissipazioni minime per mantenere altissima l’efficienza.

A difesa dell’impianto, alcuni componenti dedicati ne preservano l’integrità e la longevità come scaricatori di sovratensioni, interruttori magnetotermici e differenziali. Tutelano tutta l’elettronica da una pletora di rischi potenziali come cortocircuiti, scariche atmosferiche, contatti accidentali, anomalie di rete ed eventi estremi, che potrebbero danneggiare seriamente sistema.
Sistemi di misura

Precisione e affidabilità nel conteggio dei flussi di energia sono essenziali quando si immette potenza in rete dentro un modello di scambio e compensazione. Per questo l’impianto integra misuratori certificati in grado di quantificare con precisione assoluta i quantitativi di energia scambiati

Componenti aggiuntivi

Potente strumento di ottimizzazione e valorizzazione di un impianto fotovoltaico è un sistema di telecontrollo e monitoraggio remotizzato. Permette di tenere costantemente sotto controllo da qualsiasi luogo lo stato dell’impianto, verificando istantaneamente la produzione, i consumi istantanei e tutti i parametri di funzionamento rilevanti h24.

Per migliorare ulteriormente i livelli di autoconsumo, si possono inserire sistemi di stoccaggio dell’energia (accumulatori elettrochimici o altre soluzioni tecnologiche avanzate). L’elettricità prodotta durante le ore centrali viene immagazzinata per poterla poi utilizzare “on demand” durante la sera o in caso di cattivo tempo, riducendo gli acquisti dalla rete.

Fattori che influenzano l’efficienza di un impianto

Le prestazioni di un impianto fotovoltaico risultano dalla combinazione di molteplici fattori, che coprono l’intera filiera: dalla progettazione, alla realizzazione, alla collocazione, alla gestione e manutenzione nel tempo. Il naturale deterioramento di pannelli, inverter e apparecchiature sottoposte a sollecitazioni ambientali riduce inevitabilmente nel corso degli anni il potenziale massimo di generazione. Si stima un decadimento medio dello 0,5-1% per ogni dodici mesi di utilizzo.

L’efficienza dei moduli è significativamente influenzata dalla temperatura di lavoro. Valori più elevati ne riducono il rendimento. Inoltre depositi di polvere, fogliame o altro materiale attenuano la capacità di assorbire la componente diretta della radiazione solare. Difficile da prevenire è l’ombreggiamento, che limita localmente i livelli di insolazione.

Le zone d’ombra possono essere create da strutture circostanti, conformazioni urbanistiche ma anche da nuvolosità localizzata. Impattano pesantemente sul rendimento della sezione investita. Il processo di conversione da continua ad alternata attraverso i convertitori elettronici non è purtroppo esente da consumi e cessioni di calore nell’ordine del 3-4% sul totale.

Un costo energetico che è inevitabile pagare, ma su cui si lavora per ridurlo ulteriormente. Data la natura industriale dei processi, anche componentistiche teoricamente identiche presentano differenze e tolleranze nelle prestazioni. La somma di tante piccole imperfezioni e le dissipazioni fisiologiche durante il trasferimento dell’energia attraverso la rete interna intaccano parte del rendimento potenziale.

Difficili da azzerare completamente ma su cui si cerca continuamente il miglioramento. Sia l’orientamento che l’inclinazione dei moduli sono parametri architetturali la cui ottimizzazione ha un peso determinante sul bilancio energetico. L’angolo di incidenza dei raggi solari segue nel corso della giornata e delle stagioni precise leggi geometriche. Per questo l’ideale è poter disporre di strutture mobili e reattive che posizionino i moduli nella maniera ottimale istante per istante.

Come misurare il rendimento del proprio impianto?

Per una corretta valutazione delle reali prestazioni sul campo di un impianto fotovoltaico è indispensabile considerare tutti i molteplici fattori limitanti analizzati, che ne riducono più o meno pesantemente il potenziale di generazione teorico.

L’indice sintetico anglosassone system derate factor quantifica la riduzione complessiva di efficienza di un impianto rispetto alle prestazioni ideali di moduli e componenti. Simulazioni standard lo stimano mediamente introno all’86%, un buon compromesso, ma le condizioni meteo climatiche e operative dei singoli contesti possono portarlo anche più in basso.

Il parametro che più interessa però alla fine è la produttività sul campo del sistema. Per calcolarla basta un semplice rapporto tra la potenza effettivamente erogata dall’impianto finito e installato e la sua superficie totale. Questo rende immediatamente l’idea delle prestazioni reali anno per anno, tenendo conto di tutto. Riuscendo a sfruttare al meglio questa tecnologia si può tendere verso l’indipendenza energetica in un’ottica 100% sostenibile.