l'impianto fotovoltaico

L'impianto fotovoltaico, brevi cenni sul principio di funzionamento.

Un impianto fotovoltaico molto semplicemente, utilizza la radiazione solare, liberata da processi di fusione nucleare che avvengo all'interno della stella, trasformandola in energia elettrica. Questa radiazione solare altro non è che energia elettromagnetica, di cui solo una parte pari al 55% di quella generata colpisce quotidianamente la superficie terrestre ed equivale a circa 10.000 volte l'energia consumata da tutta l'umanità.

Il dispositivo alla base della trasformazione della luce solare in energia elettrica, è la cella fotovoltaica.

La cella è costruita con materiali detti "semiconduttori", che vengono oppurtanamente trattati (tecnicamente "drogati"). Il principale materiale utilizzato è il silicio, con il quale vengono costruite le celle di tipo monocristallino, policristallino o amorfo. La cella è sostanzialmente, quello che in termini elettronici viene definito un diodo, ovvero una "giunzione" tra materiali semiconduttori diversamente trattati. L'azione della radiazione solare crea una migrazione nel campo elettrico della giunzione, creando così un generatore o pila fotovoltaica, generando nel circuito esterno collegato una corrente. Sostanzialmente si ottiene una pila a bassissima tensione, come quelle quotidianamente utilizzate

I moduli fotovoltaici

La singola cella o pila fotovoltaica, per poter creare una tensione significativa ed utilizzabile, deve essere connessa in serie con altre celle, dalla connessione di più celle in serie, si ottiene ai capi una tensione che è la somma delle singole celle. L'assemblaggio di tali celle con apposite saldature, costituisce il modulo. Considerata la fragilità delle celle (di spessore molto sottile) e la necessità di essere installati all'esterno, i moduli vengono "confezionati", facendo aderire sopra e sotto lo strato di celle, vetro temperato e materiali Isolanti EVA.

I moduli più diffusi sono realizzati in silicio (altri materiali sono in commercio e si stanno sperimentando), si dividono in tre grandi gruppi:

monocristallino e policristallino: Ottenuti dalla lavorazione del silicio puro in lingotti.
amorfo (o thin film): Ottenuti dall'applicazione su materiali diversi di strati di silicio amorfo.
sistemi misti amorfo-cristallino: Ottenuti dall'unione delle due tecnologie.

Differenze sostanziali:
I moduli con il maggiore rendimento sono quelli realizzati con materiale "puro" e pertanto i mono e policristallini, i moduli in amorfo hanno efficienze a parità di superficie di circa 1/3, si prestano però ad impieghi particolari, essendo generalmente costruiti con materiali flessibili che si adattano a svariati impieghi, ed inoltre hanno buoni rendimenti anche con insolazione diffusa. I moduli a doppia tecnologia, sono sviluppati da pochissimi costruttori attualmente e la finalità è quella di ottenere buoni rendimenti utilizzando il minor materiale possibile.

La qualità di un modulo fotovoltaico: Quando si progetta si installa o si acquista un impianto fotovoltaico, l'attenzione principale è da porre proprio sui moduli, che sono il "cuore" o se vogliamo il "motore" della nostra "macchina elettrica". Uno dei parametri fondamentali che caratterizzano un modulo è la potenza di picco (espressa in Wp Watt di picco). Questo dato anche se importante, non è l'unico da considerare, i moduli hanno infatti un comportamento che tende a ridurre la propria potenza all'aumentare della temperatura ambiente, per fenomeni di dissipazione tecnica intrinseci. Un buon modulo è pertanto quello che ha oltre ad una elevata potenza massima, un ottima potenza alle diverse temperature ed alle variazioni di irraggiamento.

Gli impianti fotovoltaici, per necessità devono rimanere il più possibile esposti ai raggi solari. Pertanto in condizioni di temperature a volte estreme e con escursioni termiche elevate. La qualità è dunque determinata anche dal comportamento a queste condizioni. Altro fattore determinante è la tipologia dei materiali di finitura, un vetro che si opacizzasse dopo qualche anno, inibirà il passaggio di una buona percentuale di luce solare, diminuendo di molto la potenza. Fondamentale è quindi che i moduli siano fabbicati da ottime aziende che ne dichiarino la perdita di efficienza su base annua (comunque fisiologica) e certificati da organismi che ne abbiano collaudato i rendimenti.

Le stringhe e il campo fotovoltaico.

La stringa:
La stringa è costituita da una serie di modulli connessi in serie e che fanno capo generalmente ad un quadro detto appunto di stringa. Impianti piccoli sono costituiti generalmente da una sola stringa, che ha una caratteristica tensione e corrente ìn base al tipo ed al numero di moduli inseriti. Nel quadro di stringa oltre ad un sezionatore, vengono posizionati dei dispositivi detti "scaricatori di sovratensione", necessari per preservare i moduli da picchi di sovratensione. Maggiore cresce la potenza e maggiori saranno il numero di stringhe.

Il campo:
Il campo è l'insieme di tutte le stringhe che possono essere collegate a gruppi ,in parallelo su inverters singoli o centralizzati o in caso di impianti isolati a gruppi di batterie con regolatori di carica.. La potenza di picco del campo è comunque quella che definisce la potenza dell'impianto.

Gli inverters

Come sopra accennato, ci possono essere due tipologie di impianto:

ad isola: impianti isolati dalla rete elettrica, come baite, lampade stradali, edifici in genere isolati, fari su isole ecc.
connessi alla rete: impianti costantemente connessi alla rete Di distribuzione e che scambiano con la stessa continuamente energia.

Il campo è un generatore di tensione continua che negli impianti ad isola può venire direttamente utilizzata o essere accumulata in batterie che fungono da riserva di carica. Le utenze possono infatti essere dedicate, come lampade a bassa tensione, frigor a bassa tensione ecc. Quando invece l'impianto è connesso in rete, è necessario convertire la corrente in alternata (per l'Italia la frequenza standard è di 50 Hz).

A svolgere questa trasformazione è appunto l'inverter. L'inverter per impianti connessi in rete ha due ruoli di importanza rilevante:

convertire la maggiore energia in arrivo dal campo per essere utilizzata o immessa in rete (come tutti i dispositivi di tipo elettronico, ci sono perdite caratteristiche, che nei prodotti di alta qualità si riducono a pochissimi punti percentuali).
assicurare che l'impianto venga connesso e disconnesso alla rete in massima sicurezza (un impianto che non si disconnettesse dalla Rete quando richiesto, potrebbe provocare seri danni per la sicurezza delle persone).

Gli inverters hanno caratteristiche di potenza diversa e possono essere collegati nelle immediate vicinanze della stringa o concentrati in un unico punto, nel caso di piccoli impianti è generalmente sufficiente l'installazione di un unico inverter di caratteristiche adeguate. In ogni caso anche l'inverter per i motivi soprariportati deve sempre essere un prodotto di massima qualità certificata.

Gli altri materiali che costituiscono l'impianto.

L'impianto per essere installato e funzionante è composto da una serie di materiali di completamento come le strutture di sostegno, che possono essere semplicissime orditure o particolari costruzioni semoventi in caso di inseguitori.

I conduttori di connessione tra i vari moduli e con i quadri e gli inverters, gli interruttori di protezione, gli scaricatori di sovratensione, diodi di by-pass e blocco. Anche questi componenti anche se meno "nobili", dovranno sempre avere caratteristiche di qualità elevate, per poter rimanere inalterati per decenni, pertanto elevata durata alla corrosione ai ragii UV ecc.