Quello dell'impianto fotovoltaico è un argomento di grande attualità per i temi di risparmio energetico, energia alternativa, sviluppo sostenibile, rispetto dell'ambiente che implica. Vediamone le caratteristiche principali e qualche curiosità.
Com'è fatto un pannello fotovoltaico
Un impianto è composto di moduli (pannelli) in silicio mono o policristallino o a 'film sottile'.
Un pannello fotovoltaico è composto da celle in silicio montate in serie a formare un unico componente. Più moduli insieme, collegati in serie o in parallelo, fanno una stringa e più stringe formano un sottocampo. L'insieme di tutti i sottocampi forma il generatore fotovoltaico.
Nelle versioni a 'film sottile' il semiconduttore è il silicio amorfo, 'spalmato' su supporti rigidi o flessibili a seconda dei casi.
Il cuore del pannello fotovoltaico è la cella in silicio in forma cristallina. E' questo l'elemento che, colpito da una sorgente elettromagnetica, produce elettricità. I fotoni della luce solare forniscono l'energia che consente il rilascio di elettroni che vengono raccolti nei conduttori e convogliati in maniera che la corrente continua generata si raccolga nel circuito elettrico. Un inverter provvede poi alla trasformazione della corrente continua in corrente alternata, rendendola utilizzabile. L'ultimo strato esterno del cosiddetto 'sandwich' è costituito da una lastra di vetro stratificato anti-intemperie in grado di resistere a grandine e neve. Il pannello è poi chiuso ermeticamente in un telaio di alluminio.
Il silicio utilizzato per le celle può essere monocristallino, policristallino o amorfo.
- monocristallino: è quello con il rendimento più elevato ed è anche il più costoso e il più difficoltoso da produrre. In genere di colore nero o nero-bluastro, ha una disposizione monodirezionale;
- policristallino: è di colore azzurro-bluastro, e presenta un aspetto sfaccettato a cristalli irregolari. E' meno performante del monocristallino ma con pari caratteristiche di resistenza e durata;
- amorfo: è composto di uno strato di silicio sottile pochi micron, ed è quello con il rendimento minore, - anche del 40% rispetto al più performante monocristallino, ed anche la resistenza e la durata sono inferiori, - ma viene ampiamente utilizzato sulle superfici irregolari alle quali si può adattare grazie alla sua flessibilità.
Quanta energia produce un impianto fotovoltaicoIl posizionamento ideale di un pannello e di un impianto fotovoltaico prevede una esposizione a sud, una inclinazione di 30 - 35° sull'asse orizzontale, l' assenza di ombreggiamento (case, alberi, montagne) e una temperatura non troppo elevata (non oltre i 25°C). I pannelli fotovoltaici sono in grado di produrre energia anche con cielo nuvoloso e in situazioni di ombreggiamento benché in misura drasticamente inferiore. In giornate di cielo completamente coperto e di irraggiamento solare minimo il rendimento è pari al 10-30% del livello standard.
Gli impianti a inseguimento solare sono in grado di orientarsi secondo la posizione del sole, hanno un'elevata resa ma sono molto più costosi e impegnano una superficie molto superiore, fino a quasi tre volte quella di un impianto fisso.
Per quanto riguarda la capacità di produzione di energia, prendendo ad esempio un impianto non a inseguimento solare da 1 kW, senza problemi di ombreggiamento e inclinato ed esposto ottimamente, vediamo le rese stimate dal GSE:
- al nord 1.000 - 1.100 kWh/anno;
- al centro 1.200 - 1.300 kWh/anno;
- al sud 1.400 - 1.500 kWh/anno.
I pannelli fotovoltaici non alimentano direttamente gli elettrodomestici o le apparecchiature in genere: il loro compito è quello di caricare una batteria che a sua volta consente l'alimentazione delle apparecchiature e viene ricaricata dall'energia prodotta dai pannelli.
In commercio si trovano pannelli che difficilmente superano un rendimento del 14-15% e solo molto raramente arrivano a un 18%.
Ciclo di vita e smaltimento dei pannelli fotovoltaici
Il ciclo di vita di un impianto è piuttosto lungo e può teoricamente raggiungere i 50 anni. L'efficienza però si riduce drasticamente, principalmente a causa dell'ossidazione dei contatti elettrici e per l'opacizzazione del vetro di protezione con un decadimento progressivo medio pari a circa l'1,5 - 2% annuo. Pertanto la durata media di un impianto in condizioni di efficienza accettabili viene stimata in 25-30 anni. Dopo 10 anni è in genere previsto un intervento manutentivo straordinario per ripristinare le condizioni di funzionamento parzialmente compromesse.
Nonostante la notevole durata, i pannelli fotovoltaici non sono però eterni. Lo smaltimento di un pannello fotovoltaico è un procedimento complesso che deve necessariamente tener conto della diversa natura dei vari materiali di cui esso è composto, tra cui metalli pesanti e terre rare. Il silicio e il vetro non presentano problema alcuno mentre i cavi, le connessioni e l'alluminio vengono riciclati nel campo dell'edilizia. Anche il materiale termostabile che protegge dalle conseguenze del surriscaldamento ha uno smaltimento piuttosto 'semplice'. Ovviamente i vari strati, componenti o elementi vanno trattati separatamente e sono nati centri specializzati in questo complesso procedimento - uno molto conosciuto nato nel 2007 è il PV Cycle in Germania - dove si possono recuperare fino 90% dei materiali. Il costo di smaltimento di un impianto domestico si mediamente intorno ai 120 euro.
Note e info utili:
- il caldo fa male all'impianto. Una temperatura ottimale si aggira sui 25ºC e ogni grado in più riduce l'efficienza di uno 0,3 - 0,5%.
- l'assicurazione è sempre consigliabile, trattandosi di un investimento di una certa entità. Gli istituti di credito la prevedono quale condizione indispensabile per ottenere il finanziamento, di solito secondo la formula 'all risks'. Garanzie comunque necessarie sono quella contro gli eventi naturali, i guasti, i danni procurati da terzi. Il costo per un impianto domestico si aggira intorno ai 10-20 euro per kW installato pari a 30-60 euro/anno;
- un impianto fotovoltaico consente di eliminare circa 600 Kg. all'anno di anidride carbonica per ogni kW di picco installato che moltiplicati per 30 anni di vita dell'impianto fanno 18.000 Kg. per ogni kWp.
- lo spazio medio occupato da un impianto fotovoltaico è di circa 8 metri quadrati per kWp di potenza nominale (silicio mono cristallino). In caso di silicio amorfo la superficie necessaria sale a 20 mq e addirittura a 30-35 per gli impianti a inseguimento solare.
- il costo medio di un impianto domestico varia dai 10 ai 15 mila euro ed è in continua diminuzione. Tale prezzo può variare, anche sensibilmente, in base alla tipologia dei materiali e alla tecnologia utilizzata.
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— Davide Sarrecchia (@davide_roma81) July 24, 2013
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