Come funziona l’energia fotovoltaica? Elementi chiave dell’installazione

Che cos’è l’energia fotovoltaica?

Prima di spiegarne il funzionamento, definiremo cos’è l’energia solare fotovoltaica e come si differenzia dall’energia solare termica.

Entrambi i concetti utilizzano l’energia solare, anche se non per lo stesso scopo. L’energia solare termica riscalda l’acqua con l’energia del sole, facendo passare l’acqua attraverso l’interno dei pannelli solari con elementi molto diversi (pompe, sifoni, vaso di espansione…). L’energia solare fotovoltaica non ha nulla a che fare con essa, poiché converte l’energia solare in elettricità.

L’unica cosa che hanno in comune è che entrambi usano i pannelli e l’energia del sole.

Elementi chiave dell’installazione di energia fotovoltaica

Distinguendo ciascuno degli elementi che compongono l’insieme dell’impianto fotovoltaico e il ruolo che ciascuno di essi svolge, se ne comprenderà meglio il funzionamento.

Celle fotovoltaiche (pannelli solari)

Se parliamo esclusivamente di trasformazione della luce in elettricità, parliamo del lavoro svolto dalle celle fotovoltaiche. Sono inseriti in un involucro protettivo che, sommato agli altri componenti, costituisce l’intera scheda.

Le celle fotovoltaiche sono composte da materiali di tipo semiconduttore. Il materiale più caratteristico delle celle fotovoltaiche nei pannelli solari commerciali oggi è il silicio. Esistono altri materiali semiconduttori come il germanio o la perovskite.

I semiconduttori hanno la capacità di trasformare i fotoni (luce) che raggiungono la loro superficie in energia elettrica. Questo fenomeno è noto come effetto fotoelettrico. Alla ricezione della luce, si crea una differenza di potenziale nel materiale (analoga alle differenze di pressione che muovono l’aria) che fa muovere gli elettroni, creando una corrente elettrica.

Questo flusso di elettricità risultante è rappresentato sotto forma di corrente continua, nota come movimento di elettroni nella stessa direzione e direzione.

In questo modo i pannelli fotovoltaici generano corrente continua. I due principali gruppi di pannelli che possiamo trovare sul mercato sono il monocristallino e il policristallino. Questa differenza si riferisce esclusivamente alla struttura atomica delle cellule che la compongono. Nel caso del monocristallino, c’è un singolo cristallo di silicio cristallizzato a temperatura omogenea. I policristallini sono formati da diversi cristalli con diverse orientazioni, il che si traduce in un’efficienza finale inferiore, poiché il percorso degli elettroni ha una maggiore perdita di energia. Questi ultimi hanno un tono bluastro che li contraddistingue e li rende, nella stragrande maggioranza, un po’ meno estetici.

Come regola generale, il pannello monocristallino è il più utilizzato e le gamme medio-alte in commercio hanno un’efficienza di circa il 20%.

Questo ci aiuta a capire come otteniamo una corrente elettrica continua dalla luce solare. Tuttavia, un’enorme percentuale delle apparecchiature elettriche che utilizziamo ogni giorno utilizza corrente alternata in cui gli elettroni girano in direzione. Pertanto, la corrente continua generata è solo il primo passo per l’autoconsumo solare fotovoltaico.

Per trasformare l’energia che otteniamo dai pannelli fotovoltaici (corrente continua) nell’energia elettrica necessaria (corrente alternata), è necessario il funzionamento dell’inverter solare.

Inverter solare

L’obiettivo dell’inverter in un impianto fotovoltaico è multiforme: oltre a convertire l’energia elettrica in corrente continua in energia in corrente alternata, l’inverter ha la capacità di migliorare l’energia elettrica che arriva ai nostri servizi, offrendo una fornitura sicura e di qualità, in modo da evitare il possibile deterioramento delle apparecchiature elettriche.

L’inverter funge anche da dispositivo di monitoraggio e controllo dell’impianto fotovoltaico. Ha il compito di monitorare tutte le operazioni per sapere se c’è un problema o se qualche elemento non funziona correttamente. È il volto visibile della nostra installazione. Solitamente è accompagnato da uno smart meter che permette di monitorare l’impianto e, tramite l’app, di vedere in ogni momento quanto viene prodotto dal pannello.

Queste squadre, a seconda delle dimensioni e della potenza dell’impianto fotovoltaico, avranno l’una o l’altra funzione, nonché l’esistenza di vari tipi e formati di inverter. Possono essere divisi in molti modi. Ci sono monofase o trifase, a seconda della tensione di alimentazione dell’impianto in cui verrà collegato l’impianto. Per installazioni molto piccole sono disponibili microinverter, adattati per uno o due moduli. Esistono anche convertitori ibridi, con la capacità di collegare la batteria (vedi sotto).

È noto che se la scheda è ombreggiata, influisce sull’intera installazione. Questo è risolto con una tecnologia che la maggior parte degli inverter attuali ha: MPPT (Maximum Power Tracking). Ciò consente, ad esempio, di collegare più moduli posizionati con orientamenti diversi separatamente nel convertitore stesso. Se una serie è ombreggiata, non influirà sull’altra serie, collegata all’ingresso di un altro MPPT nell’inverter.

Esistono anche convertitori che supportano ottimizzatori di potenza nei pannelli. Questi ottimizzatori cercano le loro massime prestazioni su ogni scheda, in ogni momento, facendole funzionare indipendentemente dalle altre. In questo modo, l’installazione è sempre ottimizzata. Sono più tipici nelle installazioni in cui sono previste ombre.

Nel processo di progettazione di un impianto fotovoltaico, è necessario disporre di specialisti per i calcoli del sistema, al fine di regolare correttamente l’apparecchiatura dell’inverter in base al dimensionamento dell’installazione futura, poiché questa apparecchiatura ha intervalli di tensione e intensità di esercizio, che dipendono da quanti pannelli ci sono e come sono collegati elettricamente.

Batterie (opzionali)

Nel caso in cui si debba accumulare energia, può succedere che nell’impianto fotovoltaico ad autoconsumo siano presenti batterie per l’accumulo di energia elettrica. Funzionano in corrente continua, quindi l’inverter funzionerebbe in seguito. Questi tipi di elementi sono tipici per installazioni dove il consumo notturno è importante; Un esempio di ciò possono essere i capannoni industriali con frigoriferi.

Contatore elettrico

L’energia che viene infine convertita per il consumo (energia CA) passa attraverso un contatore per quantificare il consumo energetico dell’impianto.

Modalità dell’energia fotovoltaica

Fondamentalmente, l’energia fotovoltaica è divisa in tre gruppi, a seconda di come viene trattata l’energia generata. Per autoconsumo si intende la creazione di energia per consumarla immediatamente. Quando non vengono consumati, si producono eccedenze.

Il primo gruppo si occupa dell’autoesaurimento senza rilasciare eccedenze, dove viene installato un elemento che impedisce che l’energia generata e non consumata venga immessa in rete (denominata anti-scarica o scarica zero). Questo non ha limiti di potenza, ovvero ogni installazione di autoconsumo può essere senza scarica in eccesso.

Il secondo gruppo è l’autoconsumo con compensazione delle eccedenze, in cui non esiste un tale dispositivo chiamato counter-spill, e in cui le eccedenze create dal nostro impianto sono compensate dal venditore alla fine di ogni mese ad un prezzo concordato (di solito intorno 5-6 cent per kWh immesso in rete). Il limite di queste eccedenze è il consumo stesso. In altre parole, non ti compenseranno mai per più kWh scaricati rispetto ai kWh che rappresentano il tuo consumo. Se il tuo consumo mensile è di 700 kWh e ne hai immessi 800 in rete, 700 saranno risarciti e 100 andranno persi. Inoltre, la tua bolletta elettrica avrà sempre il termine elettricità, non vedrai mai (attualmente) una bolletta elettrica gratuita in questo sistema.

Questo gruppo ha un limite di 100 kW di potenza dell’inverter. Da lì, le eccedenze non vengono compensate, ma vendute. Il proprietario della struttura deve registrarsi come produttore, il che ritarda notevolmente le procedure nella struttura.

Il terzo gruppo comprende grandi installazioni e persino parchi solari. Si tratta di strutture di vendita in rete, dove l’obiettivo è semplicemente vendere l’energia prodotta con un profitto immediato.

Concentrandosi sull’autoconsumo, l’installazione richiederà un progetto di ingegneria quando supera i 10 kW di potenza dell’inverter, per essere legalizzata nel settore. Viene presentato un certificato di installazione, un certificato di completamento (se superiore a 10 kW), un progetto (se superiore a 10 kW) o una relazione tecnica. In alcune comunità, l’impianto deve superare una prima ispezione da parte dell’OCA (Authorised Controlling Authority) se supera i 25 kW di potenza.

Per quanto riguarda l’inizio dei lavori, si sta facendo un passo per realizzarli con la presentazione di una dichiarazione di responsabilità dei lavori quando si tratta di impianti di autoconsumo su tetti privati. In alcuni comuni è ancora necessaria la concessione edilizia.

Infine, per elaborare l’energia rilasciata (eccesso di autoconsumo), è necessaria un’autorizzazione per l’allacciamento alla rete dell’impresa di distribuzione se l’impianto supera i 15 kW di potenza dell’inverter. Lo scopo di questa procedura è di distanziare alcune strutture industriali dall’uso della compensazione in eccesso e costringerle all’antidumping, il che rende tutto più facile a livello di legalizzazione nel settore, poiché l’industria elettrica non ha nulla a che fare e tutto è andando più in alto. Veloce.

A proposito di energia fotovoltaica, sembra che quasi tutto sia già noto, ma considerando il grado di avanzamento nella scoperta dei vari vantaggi offerti dagli elementi interventistici, e le numerose ricerche che i produttori hanno aperto, è molto probabile che l’energia fotovoltaica, come sappiamo esso, ha i giorni contati per ottenere numerosi miglioramenti.