LABORATORIO DI COSTRUZIONI

Facoltà di Architettura FONTI DELL’ENERGIA ELETTRICA A seconda delle origini le fonti energetiche possono essere: • Fonti non rinnovabili: sono esauribili, a disposizione in quantità limitata. In questa categoria rientrano il carbone, il petrolio, il gas naturale, etc. • Fonti rinnovabili: sono a disposizione in quantità illimitata. In questa categoria rientrano il sole, l’acqua, il vento, ilcalore della Terra, le maree, le biomasse, etc. F O T O V O L T A I C O Energia elettrica dalla radiazione solare La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente in energia elettrica la luce associata alla radiazione solare. Essa sfrutta le proprietà dei materiali semiconduttori, come il silicio, che opportunamente trattati, sono in grado di generare elettricità una volta colpiti dalla radiazione solare (quindi senza alcun uso di combustibili). 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 Radiazione Solare Energia elettromagnetica emessa dai processi di fusione dell’idrogeno con l’elio contenuti nel sole. • Nel nucleo si produce, per effetto della reazione di fusione, una temperatura stimata tra 16 e 40 milioni di gradi; attraverso una serie di processi radiativi e convettivi avviene il trasferimento del calore alla superficie dove avviene l’irraggiamento verso lo spazio. • La temperatura della superficie si porta allora ad un valore di circa 5780 K, tale da fare sorgere un equilibrio tra l’energia che la superficie stessa riceve dal nucleo e quella che emette verso gli spazi siderali. LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 Fuori l’atmosfera terrestre la potenza incidente su di una superficie unitaria, perpendicolare ai raggi solari, assume un valore di circa 1.360W/m², questo valore prende il nome di Costante Solare • ca il 40% della radiazione viene assorbita o riflessa dalle nubi ed il 15% viene assorbita dall'atmosfera stessa. Arriva al suolo, quindi, circa il 45% della radiazione. • Densità di Potenza radiazione solare per unità di tempo e di superficie. • Sulla superficie terrestre, a livello del mare, in condizioni meteorologiche ottimali e sole a mezzogiorno, la densità di potenza è di circa 1000W/m² LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 La radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre si distingue in: (1) diretta (2) diffusa (3) riflessa LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 • Un parametro importante della radiazione solare è rappresentato dall'intensità misurata con due grandezze fisiche: • l'insolazione, ovvero l'energia media giornaliera (kWh/m2giorno) • l'irraggiamento, cioè la potenza istantanea su superficie orizzontale (kW/m2). • La produzione di energia a partire da quella solare è funzione del carattere periodico della fonte. • Infatti la rotazione terrestre determina i cicli stagionali e giornalieri che caratterizzano la presenza di radiazione solare e la relativa intensità (posizione della Terra rispetto al Sole - stagione ed ora del giorno). LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura • Per progettare i sistemi che sfruttano la radiazione solare per la generazione di energia termica che elettrica, occorre quantificare la potenzialità di captazione della radiazione solare. • I parametri da individuare e valutare per la progettazione dei sistemi ad energia solare sono: • Caratteristiche tecniche dei sistemi • Parametri ambientali. • Parametri ambientali: • i parametri astronomici e geografici: • le stagioni e le ore sono caratterizzanti della diversa inclinazione dell’asse terrestre, mentre la latitudine e la longitudine sono caratterizzanti della rotazione. • Questi fattori combinandosi determinano la diversa inclinazione di incidenza dei raggi solari sulla superficie terrestre che in estate è prossima alla direzione verticale • mentre in inverno è prossima alla direzione dell'orizzonte; • - i parametri atmosferici: descrivono le condizioni meteorologiche che caratterizzano l'area interessata dall'istallazione e sono necessari per quantificare la radiazione diretta che investe le superfici captanti e le temperature. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Condizioni ottimali di inclinazione e orientamento della superficie captante 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Condizioni ottimali di inclinazione e orientamento della superficie captante ln linea generale, le applicazioni di piccole e medie dimensioni, che caratterizzano il settore dell'edilizia, utilizzano superfici captanti con struttura fissa. Pertanto, ai fini della progettazione, i parametri da considerare per determinare le migliori condizioni di captazione della radiazione solare in relazione al sito e all'edificio su cui insiste l'impianto, sono: - l’angolo di tilt, ossia l'inclinazione della superficie captante (angolo indicato con b); - l'azimuth, ossia l’orientamento della superficie captante ponendo lo 0 nel sud geografico dell’emisfero settentrionale (angolo indicato con g); - l’albedo, ossia la capacità di riflessione di una superficie in funzione del materiale e del colore (coefficiente di riflessione) 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Angolo azimutale g: è l’angolo orizzontale tra il piano verticale passante per il sole e la direzione del sud, ed è positivo verso est e negativo verso ovest. 25 FEBBRAIO 2011 Altezza solare a: è l’angolo verticale che la direzione collimata al sole forma con il piano orizzontale; LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 Nelle applicazioni più comuni i sistemi solari vengono utilizzati durante tutto l'arco dell‘anno e, in questo caso, approssimativamente, si può prevedere che l'inclinazione ottimale è la latitudine del luogo meno 10°. L'orientamento ottimale nell'emisfero Boreale è verso sud, quindi con angolo di azimuth gpari a 0° e per le latitudini che interessano il territorio italiano, l'inclinazione ottimale è di 30 29° (Sud Italia) ai 32° (Nord Italia). LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 Nel caso in cui invece si prevede l'utilizzo degli impianti solari solo durante una stagione (come le residenze estive o le attività turistiche ricettive stagionali), ad esempio in inverno, la direzione dei raggi solari è più inclinata e la radiazione solare è meno intensa (superficie captante maggiore). Al contrario in estate, in cui la radiazione solare è più intensa è la direzione dei raggi è più vicina alla verticale, con traiettoria più alta. Diagramma dei percorsi solari per la determinazione delle condizioni di soleggiamento LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Tecnica del Controllo Ambientale Diagramma dei percorsi solari • Questo diagramma è così costituito: • il cerchio esterno rappresenta l’orizzonte; • i cerchi interni rappresentano i vari valori dell’altezza solare α, che sono egualmente spaziate l’una dall’altra; • le linee radiali indicano l’azimut γ, diagrammate a passi di 10°; • le linee intersecanti i percorsi solari per le varie date indicate, rappresentano l’ora locale vera.

Tecnica del Controllo Ambientale Determinazione delle ore di soleggiamento Si orienta il diagramma polare dei percorsi solari relativo alla latitudine del luogo in esame, secondo la direzione Nord della pianta dell’edificio;

Tecnica del Controllo Ambientale Determinazione delle ore di soleggiamento dal centro del diagramma si traccia una retta parallela alla proiezione sul piano orizzontale del piano di prospetto dell’edificio, e la retta normale ad essa uscente in direzione Sud;

Radiazione solare su una parete in località Roma Radia

Facoltà di Architettura QUINDI: L’energia solare non raggiunge la superficie terrestre in maniera costante, ma con intensità variabile durante il giorno, da stagione a stagione, in funzione della nuvolosità, dall’angolo d’incidenza e del coefficiente di albedo delle superfici. La radiazione che un metro quadrato di una superficie orizzontale riceve è detta radiazione globale ed include la radiazione diretta e quella diffusa. La radiazione diretta e quella che giunge direttamente dal sole, mentre la radiazione diffusa è quella riflessa dal cielo, dalle nuvole e da superfici riflettenti. La radiazione diretta si ha quindi solo quando il sole è visibile. L’Italia ha un’insolazione ottimale per l’utilizzo di tutte le tecnologie di sfruttamento della radiazione solare. In condizioni di cielo sereno in Italia la radiazione globale può raggiungere un’intensità di 900-1.200 W/m2. La radiazione diffusa oscilla invece tra 0 e 250-300 W/m2. La radiazione diffusa rappresenta in Italia circa il 25% della radiazione globale. Quando il cielo è densamente coperto o all’imbrunire, l’intensità della radiazione non supera i 50-100 W/m2. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Per calcolare quanto produce un sistema fotovoltaico occorre conoscere l’irraggiamento globale rappresentato nella cartina di sinistra. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 • Le modalità di misurazione della radiazione solare possono essere diverse: • - piranometri, che misurano l'intensità della radiazione solare netta; • - mappe isoradiative, che mostrano la distribuzione dell'insolazione media per anno o per medie mensili nelle regioni; • norme UNI 8477 parte 1, che a partire dai dati sull'orizzontale desunti dalla norma UNI 10349, permettono di determinare la radiazione incidente; • Atlante Europeo della Radiazione solare (commissionato dall'Unione Europea), dove si possono consultare le tabelle con l’irraggiamento medio giornaliero in funzione della località e dell'inclinazione della superficie captante; • “La radiazione solare globale al suolo in ltalia", pubblicazione a cura dell'ENEA.' LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Sistemi fotovoltaici 25 FEBBRAIO 2011 Si definisce impianto o sistema fotovoltaico un insieme di componenti elettrici ed elettronici atti a captare e trasformare l'energia solare disponibile in energia elettrica. Esso è composto essenzialmente da: • moduli o pannelli fotovoltaici, che costituiscono il generatore, detto array fotovoltaico (diverse configurazioni ); • inverter, che trasforma la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata ; • Batterie, quadri elettrici e cavi di collegamento. La trasformazione o conversione di energia da solare in elettrica avviene attraverso il fenomeno denominato effetto fotovoltaico, ovvero l'interazione della radiazione luminosa con gli elettroni all'interno di materiali semiconduttori. LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Impianti fotovoltaici 25 FEBBRAIO 2011 La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente in energia elettrica la luce associata alla radiazione solare. Essa sfrutta le proprietà dei materiali semiconduttori, come il silicio, che opportunamente trattati, sono in grado di generare elettricità una volta colpiti dalla radiazione solare (quindi senza alcun uso di combustibili). LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Impianti fotovoltaici 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

A differenza del solare termico, la tecnologia fotovoltaica sfrutta in modo non trascurabile l'irraggiamento diffuso, che permette di ottenere buone prestazioni anche con cielo nuvoloso. • ln linea generale il progetto e il dimensionamento del generatore fotovoltaico devono considerare: • - latitudine ed irraggiamento medio annuo del sito; • - carico elettrico; • - specifiche elettriche del carico utilizzatore; • - potenza di picco; • - collegamento alla rete elettrica o a batterie; • caratteristiche architettoniche dell'edificio (se i pannelli sono previsti su di un edificio). • Gli impianti fotovoltaici possono essere: • connessi alla rete elettrica di distribuzione (grid-connected) o • direttamente a utenze isolate (stand-alone), per assicurare la disponibilità di energia elettrica in zone isolate. Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura • I moduli fotovoltaici • La problematica che maggiormente influisce sullo sviluppo del fotovoltaico risiede nel processo di produzione dei moduli che risulta ancora troppo costoso. • Il materiale primario che monopolizza l'attuale mercato del fotovoltaico è il silicio in diverse forme e tecnologie che ne determinano i rendimenti e le applicazioni. • ll silicio è, dopo l'ossigeno, il materiale maggiormente presente sulla Terra. • Esso non esiste in forma pura ma non esiste in forma pura, solo sotto forma di Ossido di Silicio (SiO2) o di composti contenenti il silicio Si, come la sabbia, il quarzo e l’argilla (in sabbia marina o in materiale estratto in miniere - migliore fonte di approvvigionamento per la tecnologia fotovoltaica). • Il silicio viene prima estratto dalle miniere e poi viene reso puro attraverso diversi processi chimici. Esistono, tuttavia, vari gradi di purezza: per l’industria fotovoltaica il grado di purezza stabilito deve essere 99,9% (Silicio di grado solare). Il silicio estratto ha bisogno di essere purificato e questo è il processo più costoso nella filiera della produzione del fotovoltaico. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

I moduli fotovoltaici • Si distingue l’utilizzo del silicio cristallino e l'utilizzo del silicio amorfo, materiali che presentano sostanziali differenze tanto nel processo di produzione quanto nell'applicazione e montaggio dei moduli. • lnfatti, mentre per la tecnologia del silicio cristallino si parla di produzione di vere e proprie celle, in quella del silicio amorfo si parla di film sottile depositato su materiali rigidi. • ln entrambi i casi le caratteristiche elettriche principali da considerare per un modulo fotovoltaico sono: • - potenza di picco (Wp), che rappresenta la potenza erogata dal modulo in condizioni standard (irraggiamento = 1000 W/m2; temperatura = 25° C); • - corrente nominale (A), ossia la corrente erogata dal modulo nel punto di lavoro; • tensione nominale (V), ossia la tensione di lavoro del modulo. • Le diverse tipologie di moduli presenti sul mercato possono quindi classificarsi in base • al materiale che li costituisce, avendo questo un'influenza notevole sui costi e sui • rendimenti dei sistemi stessi: • - Ie celle e i moduli in silicio cristallino • - i moduli a film sottile in silicio amorfo Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura • Celle e moduli in silicio cristallino • Sono rigide, di forma quadrata con dimensioni variabili • da 100 a 150 mm e spessore da 0,20 a 0,35 mm. • Esse costituiscono potenzialmente dei piccoli generatori, ma • la loro potenza è troppo ridotta (intorno a 1,5 Watt in • condizioni standard) ed inoltre sono molto fragili ed • elettricamente non isolate, pertanto devono essere assemblate in moduli. • Il collegamento delle celle avviene in serie ottenendo moduli che contano generalmente 36, 64, o 72 celle. • Le celle in silicio cristallino possono essere di tipo mono o policristallino. • celle in silicio monocristallino • celle in silicio policristallino 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Produzione di celle fotovoltaiche 25 FEBBRAIO 2011 Il silicio viene fuso e colato in una cilindro di cristallo, o lingotto, di diametro di 20 cm, e alto circa un metro e pesa circa75 Kg. Una volta freddo, il lingotto di silicio viene tagliato in dischi molto sottili (wafer), dello spessore di 20-25 mm con struttura omogenea, che costituiscono la base per le celle. I wafer presentano un color argento lucido. La produzione di questo tipo di celle è molto costosa, anche perché ci sono molti scarti non riutilizzabili (25-30%). 10.000 tonnellate di silicio di grado solare equivalgono a circa 1.000 MW di celle solari Il silicio deve essere drogato perché il silicio puro è un pessimo conduttore di corrente in quanto non presenta elettroni di conduzione in grado di trasportare energia. Drogando il silicio con ottimi conduttori di corrente e rendendolo impuro si forniscono gli elettroni di conduzione necessari per la trasmissione dell’energia. LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Drogaggio 25 FEBBRAIO 2011 Le due facce del wafer vengono drogate con atomi di fosforo e boro in modo da ottenere la giunzione di due strati con proprietà elettriche opposte: strato positivo P e strato negativo N. La cella fotovoltaica è allora sostanzialmente un diodo, cioè una giunzione tra due semiconduttori P ed N. I fotoni presenti nella radiazione luminosa separano gli “elettroni” dagli atomi di silicio, formando le “lacune”. Gli elettroni sono carichi negativamente e le lacune sono cariche positivamente; le coppie elettrone – lacuna, create per effetto fotoelettrico, migrano nel campo elettrico della giunzione e generano in un circuito esterno la corrente elettrica. LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Celle fotovoltaiche in silicio policristallino 25 FEBBRAIO 2011 Per la produzione della cella viene fatta solidificare una massa fusa di silicio policristallino creando un cilindro, successivamente tagliato a dischetti. Durante la fase di solidificazione, i cristalli si dispongono in modo casuale ed è per questo che la superficie presenta caratteristici riflessi cangianti. Il silicio policristallino ha una grana più grossa del silicio monocristallino. A differenza delle celle in monocristallino queste hanno una struttura disomogenea, dovuta alle irregolarità del materiale, che caratterizza l'aspetto delle celle con un disegno ben distinguibile. La minor purezza della materia prima favorisce un abbattimento dei costi ma allo stesso tempo implica un minor rendimento dei moduli in policristallino. LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Dalla cella al modulo in silicio cristallino ll modulo in mono o poli-silicio cristallino è un pacchetto costituito dalle celle (mono o policristalline) e da tutti sistemi di collegamento, protezione e irrigidimento necessari al suo utilizzo. Ogni cella è dotata di contatti elettrici che ne consentono il collegamento con le altre. Quindi il modulo fotovoltaico è il componente elementare di un generatore fotovoltaico, formato da più celle collegate tra loro in modo da ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi. Nel modulo le celle sono protette dagli agenti atmosferici da un vetro e sul lato posteriore da materiali isolanti e plastici. La superficie anteriore viene protetta con una lastra di vetro temperato con elevate caratteristiche ottiche che oltre a proteggere il modulo dagli agenti atmosferici trattiene la radiazione solare e riduce la riflessione. La superficie posteriore viene protetta con uno strato plastificato per rendere il modulo impermeabile all’ossigeno ed all’acqua e rigido. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Moduli in silicio cristallino A questo punto il pacchetto, denominato anche "sandwich“, viene sottoposto ad un processo di laminazione sottovuoto esponendolo ad alte temperature, che favoriscono la completa sigillatura dei componenti, escludendo le infiltrazioni d'aria. Una scatola di connessione, saldata e sigillata nella parte posteriore del modulo, permette il collegamento elettrico con altri moduli. ll processo di produzione del modulo è completato con l'inserimento della cornice in alluminio estruso anodizzato. I moduli in silicio cristallino hanno una potenza che varia da 50 Wp a 150 Wp a seconda del tipo di celle utilizzate e della loro efficienza. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Moduli in silicio cristallino Un problema legato a questo tipo di tecnologia è la diminuzione del rendimento, che può anche azzerarsi in situazioni di ombreggiamento - moduli in silicio monocristallino: alto rendimento, circa il 14-18% dovuto alla purezza del materiale che ne determina anche il maggior costo e, a parità di potenza erogata, richiedono l'occupazione di minor superficie; - moduli in silicio policristallino: il rendimento globale di questo tipo di pannelli è del 12-14% poiché, rispetto al monocristallino, si registra un decadimento dovuto alla minor purezza del materiale. I processi di produzione meno elaborati comportano una diminuzione dei costi ma, essendo la resa minore, a parità di potenza istallata è necessaria una superficie captante leggermente superiore al monocristallino. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura CARATTERISTCHE DEL MODULO FOTOVOLTAICO Per valutare un modulo fotovoltaico occorre conoscere le sue caratteristiche e le sue prestazioni elettriche. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura POTENZA DI PICCO Massima potenza elettrica che la cella fotovoltaica genera in condizioni ottimali [Wp]. Essa viene definita in base a delle condizioni standard, le quali corrispondono ad irraggiamento di 1.000 W/m2 e ad una temperatura della cella di 25°C. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura POTENZA DI PICCO In tali condizioni, una cella di 100 cm2 (10 cm x 10 cm) e con un’efficienza pari al 15% genera una potenza di 1,5 W. La potenza è direttamente proporzionale alle dimensioni della cella. Per calcolare quanti moduli occorrono per un impianto si divide il numero dei Watt richiesti per il valore di picco del modulo scelto (Es: 1.000 Wp : 175Wp =5,71 moduli). Il valore di picco è molto importante: infatti, rappresenta un impegno del costruttore che certifica i suoi dati. I moduli dovrebbero quindi essere accompagnati da CERTIFICAZIONI, nello specifico: IEC 61215 per i moduli di Silicio Cristallino o IEC 61646 per i moduli a Film Sottile e la SafetyClass II. Incidenza della tolleranza sulla potenza di picco (WP): +/- 5% significa che un modulo da 175 Wp potrebbe avere una potenza di picco da 166,25 a 183,75 Wp; +/- 10% significa che un modulo da 175 Wp potrebbe avere una potenza di picco da 157,50 a 192,5 Wp. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Moduli in silicio amorfo AMORFO (a-Si) Il silicio amorfo e caratterizzato dal modo disordinato in cui gli atomi o le molecole sono legati tra di loro. Utilizzando il silicio amorfo non si può parlare di celle, in quanto si tratta di strati sottili di silicio amorfo applicati su superfici più grandi delle normali celle. FILM SOTTILE Per la produzione di questi moduli, il materiale base viene vaporizzato e lavorato allo stato gassoso, depositato su una superficie di supporto, detta substrato, fatta da lastre di vetro o lamine di altro materiale. La strato di silicio ha uno spessore di circa 2μ ovvero oltre 100 volte più sottile dello strato ottenuto con celle di silicio cristallino. Questo film sottile può essere applicato su diversi tipi di materiale, sia trasparente che opaco (in genere viene utilizzato il vetro temperato) dello spessore di circa 20-30 mm e pesi ridotti. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura • Moduli a film sottile in silicio amorfo • Difetti della tecnologia dei moduli a film sottile in silicio amorfo • 1. Basso rendimento (6 - 10%) • 2. Nel dimensionamento dell'impianto è indispensabile tener conto di un decadimento di circa il 20% cui è soggetto il modulo nei primi due mesi di messa a regime. Questa perdita iniziale, dichiarata dalle case produttrici, rimane poi stabile per circa 20 anni. • Vantaggi della tecnologia dei moduli a film sottile in silicio amorfo: • Considerevole riduzione dei costi • Elevata versatilità del prodotto finale che risolve, a volte, le problematiche dell'integrazione architettonica degli impianti fotovoltaici • Minori riduzioni di efficienza in presenza di ombreggiamenti e minore influenza dalla temperatura rispetto alle celle in silicio. • Il minor rendimento dei moduli implica un aumento considerevole delle superfici captanti necessarie, soprattutto se confrontato con la tecnologia del silicio monocristallino ma, se non si hanno problemi di spazio, l'istallazione risulta comunque economicamente vantaggiosa, dato che il costo per ogni watt di elettricità prodotto è del 25-40% inferiore rispetto al monocristallino. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura EFFICIENZA DI CONVERSIONE L’efficienza di conversione è il rapporto percentuale tra l’energia solare raccolta dalla superficie di un modulo fotovoltaico e la potenza di picco Wp prodotta. 25 FEBBRAIO 2011 Efficienza del modulo = Potenza di picco (Wp) x 100/Area del modulo m2 L’efficienza di un modulo determina la superficie necessaria per produrre i KWp richiesti (ad esempio, da 7 a 8,2 m2 per avere 1 KWp se si utilizzano moduli in silicio monocristallino) E’ inoltre opportuno sottolineare che: se il sole è allo Zenit irradia 1.000 Watt per m2 nelle condizioni standard; se un modulo di 1m2 avesse una potenza di picco di 1.000 Wp avrebbe così un’efficienza del 100%. LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura IL GENERATORE FOTOVOLTAICO Il generatore elettrico e costituito da alcuni moduli per fornire la potenza elettrica richiesta dall’utilizzatore. La stringa è l’insieme dei moduli collegati elettricamente in serie per ottenere la tensione richiesta. Quindi, collegando in serie i moduli si forma la Stringa. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura IL GENERATORE FOTOVOLTAICO Collegando in parallelo più stringhe di moduli si forma, invece, il Generatore Fotovoltaico. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 Le stringhe vengono collegate in parallelo ad un gruppo di conversione “inverter” che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata. Il quadro di parallelo, il sistema di conversione ed il quadro di consegna devono essere dotati di tutte le protezioni ai vari livelli richieste dalle norme di sicurezza. L’inverter, posto tra i moduli e la rete, trasforma la corrente generata dai moduli fotovoltaici da continua in alternata alla frequenza ed alla tensione di funzionamento della nostra rete elettrica. LABORATORIO DI COSTRUZIONI

Facoltà di Architettura • Classificazione fondamentale dei sistemi fotovoltaici • Sistemi stand alone: sistemi autonomi, completamente indipendenti dalla rete, utili in caso di utenze isolate. La configurazione del sistema prevede che i moduli fotovoltaici vengano dimensionati in modo tale da garantire l'utilizzo diretto da parte dell'utente e che vengano caricate delle batterie di accumulo, le quali costituiscono la riserva di energia elettrica per i periodi in cui i moduli non producono. • Un impianto • fotovoltaico isolato è composto da: • - i moduli fotovoltaici; • - il regolatore di carica; • - l'inverter; • - il sistema di accumulo (batterie di accumulo). • ln caso di guasto, l'impianto non avrebbe • nessuna possibilità di alimentazione • alternativa ma è possibile prevedere nel • progetto l’integrazione del sistema con un • generatore alternativo ai moduli fotovoltaici, • come ad esempio un gruppo elettrogeno. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura • Sistemi stand alone • Regolatore di carica • È un dispositivo utilizzato per la carica • controllata di batterie a liquido elettrolita o a • gel e svolge la funzione di controllo e protezione • contro il sovraccarico e l'eccessiva • scarica degli accumulatori. • ll regolatore agisce disconnettendo • automaticamente il sistema di accumulo dal • circuito in base alle tensioni di soglia • (massima e minima) impostate. • L’energia elettrica prodotta viene direttamente consumata dall’utente e la parte in eccedenza • viene accumulata in apposite batterie, che la renderanno disponibile nelle ore in cui manca • l’insolazione. • Le principali applicazioni per utenze isolate sono: case isolate, rifugi, baite, siti archeologici, • pompaggio dell’acqua nell’agricoltura,alimentazione di ripetitori radio, di stazioni di rilevamento, • di apparecchi nel settore delle comunicazioni, ecc. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Inverter • Negli impianti fotovoltaici del tipo stand alone l'inverter trasforma la corrente continua in alternata a 220 V permettendo l'utilizzo diretto da parte dell'utente, ma non risulta indispensabile se è possibile effettuare l'alimentazione direttamente in corrente continua a bassa tensione. ln questo caso, la potenza dell'inverter viene dimensionata in base alla potenza massima di carico a cui verrà collegato l'impianto. Facoltà di Architettura 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Sistemi gridconnected Interscambio con la rete elettrica. L'energia prodotta dai moduli fotovoltaici dell’utenza viene inviata alla rete elettrica nazionale senza alcun limite. Nei periodi in cui i moduli non sono in grado i produrre la quantità richiesta di energia il carico viene alimentato dalla rete, garantendo la continuità del servizio di erogazione. Componenti principali di un impianto fotovoltaico connesso in rete: - i moduli fotovoltaici; - l'inverter; - il dispositivo di interfaccia con la rete elettrica; - ll contatore di energia bidirezionale. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

Facoltà di Architettura Dispositivo di interfaccia con la rete elettrica È necessario per l'immissione nella rete dell'energia prodotta, in quanto garantisce che la forma d'onda dell'energia elettrica immessa in rete abbia tutte le caratteristiche richieste. Contatore di energia bidirezionale (solo per impianti gridconnected) È un contatore che effettua la misurazione degli scambi di energia con la rete, sia quelli relativi all'immissione dell'energia prodotta, che quelli relativi al prelievo di energia dalla rete nei periodi di scarsa produzione fotovoltaica. Il bilancio tra i due flussi può implicare una spesa o un guadagno per l’utente. 25 FEBBRAIO 2011 LABORATORIO DI COSTRUZIONI Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti

LABORATORIO DI COSTRUZIONI