Un impianto fotovoltaico è un impianto per uso domestico o industriale atto a produrre energia elettrica partendo dalla luce, e in particolare da quella solare. È, insieme all’eolico, uno dei modi più comuni di produrre quelle che sono comunemente dette energie alternative o rinnovabili. Scopo dell’impianto fotovoltaico è quello di produrre energia elettrica a basso costo e con bassissimo impatto ambientale rispetto alla produzione con mezzi convenzionali (centrali a gas, a carbone o nucleari). Di seguito analizzeremo nel dettaglio un impianto fotovoltaico per uso domestico.
Cos’è e a cosa serve un impianto fotovoltaico
Un impianto fotovoltaico per uso domestico è un’installazione elettrica realizzata tramite l’utilizzo di alcuni componenti e apparecchiature in grado di fornire energia elettrica utilizzando come fonte primaria la luce del sole. L’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico viene immessa nella rete elettrica di casa e provvede a far funzionare le varie utenze: luce, elettrodomestici, ecc.
Lo scopo per cui si installa un impianto fotovoltaico è principalmente quello di avere un risparmio economico sulle bollette dell’energia elettrica, autoproducendone la maggior parte possibile. Oltre a ciò non va comunque dimenticato il carattere green di tale installazione, in quanto l’impatto sull’ecosistema è dato esclusivamente dalla necessità di smaltimento dei componenti quando esauriti, componenti che comunque hanno durata di diversi anni. Vedremo più avanti anche come far rendere al meglio un impianto fotovoltaico, partendo dalla sua struttura e analizzandone poi le caratteristiche funzionali.
Struttura e componenti dell’impianto
Diversi sono i componenti di un impianto fotovoltaico: vediamo di costruirne virtualmente uno in modo così da capire il funzionamento e la funzione di ciascun componente. Ci limiteremo qui a un impianto per uso domestico, per quanto completo, ma rimandiamo per la trattazione di impianti fotovoltaici industriali ad altra sede.
Le celle fotovoltaiche
Il componente su cui tutta la strutture si regge è la cellula fotovoltaica. Si tratta di un piccolo pannello di materiale fotosensibile che, quando colpito dalla luce solare, genera energia elettrica. Certamente non in grande quantità, ma collegando insieme più celle possiamo ottenere un ragguardevole quantitativo di energia, addirittura sufficiente a coprire tutto il fabbisogno energetico della nostra casa. Ecco quindi che abbiamo bisogno di gruppi di celle fotovoltaiche, che saranno messe tutte insieme in quello che viene chiamato pannello solare e installato generalmente sul tetto dell’abitazione. Ce ne sono di diversi tipi e di diversi materiali (ergo di diversi prezzi) e vanno scelti tenendo conto di determinati fattori, quali per esempio la zona geografica, l’orientamento del tetto e la sua inclinazione. Con un’accurata selezione si otterrà la soluzione più redditizia ed economicamente meno onerosa.
Ma quante celle, o pannelli, ci vogliono? Dipende ovviamente dal fabbisogno energetico: quello di un’abitazione civile si aggira intorno ai 3kW di potenza, e lo spiovente di un tetto è generalmente suffciiente, come superficie, a soddisfare tale bisogno.
L’inverter
Ora abbiamo il nostro pannello che, illuminato dal sole, è in grado di fornirci questi 3kW di energia. C’è però un piccolo inconveniente. Le celle fotovoltaiche generano sì energia elettrica, ma di tipo a corrente continua, come quella della pile del nostro telecomando TV o dei giochi dei nostri figli. L’impianto domestico di una abitazione civile, come invece sappiamo, è alimentato a corrente alternata, con una tensione di 220V e una frequenza di 50Hz. Per rendere l’energia prodotta fruibile ai nostri elettrodomestici, televisione e quant’altro, è quindi necessario un dispositivo che trasformi l’energia elettrica da continua ad alternata e che ne elevi il voltaggio a 220V. Questo dispositivo è detto inverter, ed è generalmente un mobiletto, di piccole dimensioni e molto discreto. A questo dispositivo si può collegare la rete elettrica domestica.
L’allacciamento alla rete elettrica
La produzione di energia elettrica di un impianto fotovoltaico dipende da diversi fattori, come l’esposizione al sole, la temperatura ambiente ecc. Può capitare che in alcune situazioni (spessa coltre nuvolosa o sole ormai tramontato) l’impianto non riesca a produrre energia sufficiente. Da qui si capisce perché gli impianti fotovoltaici alimentino sempre abitazioni che siano comunque allacciate anche alla rete cittadina: in caso di insufficienza di energia prodotta dal fotovoltaico, l’impianto domestico si approvvigionerà dalla rete esterna. Un dispositivo automatico provvederà a scegliere se prendere energia dal fotovoltaico o appunto dalla rete.
Le batterie
Se da un lato esiste la possibilità che il sistema non sia sufficiente a soddisfare la domanda di energia, dall’altro bisogna ricordarsi che la produzione di energia elettrica da parte delle celle non è regolabile, ma che queste sono in grado di produrre sempre al massimo della loro possibilità. Questo significa che quando solo una parte dell’energia è richiesta, la rimanente potenzialmente producibile, viene di fatto sprecata.
Come ovviare a questo inconveniente? È possibile farlo mediante l’installazione di batterie. Un pacchetto di batterie adeguatamente dimensionato e posto tra le celle e l’inverter permette di immagazzinare l’energia prodotta in eccesso per poi fornirla all’impianto, attraverso l’inverter, quando le celle fotovoltaiche smettono di produrre, come per esempio durante la notte.
Risparmio ulteriore: l’immissione in rete
Fin qui abbiamo visto come un impianto fotovoltaico possa farci risparmiare, in quanto producendo autonomamente almeno una parte dell’energia necessaria al fabbisogno domestico la cifra in bolletta sarà notevolmente ridotta. Possiamo aumentare ancora questo risparmio mediante l’immissione in rete dell’energia prodotta in eccesso: in pratica funzioneremo come una piccola centrale elettrica che riverserà sulla rete nazionale l’energia che produce in eccesso. Per far ciò viene installato un contatore bi-direzionale tra la rete e l’impianto fotovoltaico domestico: quando l’energia autoprodotta non sarà sufficiente a coprire il fabbisogno, il contatore conterà in un senso, mentre quando si starà producendo più energia del necessario il contatore conterà nel senso opposto.
Attenzione però: il calcolo del consumo non sarà semplicemente dato dalla differenza tra energia consumata ed energia immessa in rete. Infatti il contatore bi-direzionale effettuerà due conteggi distinti, in ingresso e in uscita, e ciascuno dei valori avrà valenza economica differente in base alle fasce di consumo previste dal contratto di fornitura specifico. Si tratterà quindi di una compensazione economica, e non di una mera differenza tra i due flussi di energia.
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