Come funziona il fotovoltaico

Come funziona il fotovoltaico? Come avviene la trasformazione dell'energia solare in energia elettrica? Tutto comincia dal sole, l'astro distante dalla Terra circa 150 milioni di km.
Nel suo nucleo il processo di fusione di idrogeno in elio genera una smisurata quantità di energia, emessa sotto forma di radiazioni solari, flusso di particelle (vento solare) e neutrini. Una forma di energia potente e inesauribile, che l'uomo ha cercato di sfruttare fin dall'antichità.

Fu il fisico francese Antoine Cesar Becquerel, alla fine dell'800, ad effettuare i primi studi sugli effetti fotovoltaici. Oggi l'energia solare è trasformata in energia elettrica grazie ai moderni impianti. Vediamo le componenti di un impianto fotovoltaico e come funziona un impianto fotovoltaico domestico.

 

IMPIANTO FOTOVOLTAICO COME FUNZIONA

Il primo processo di trasformazione dell'energia solare è affidato ai pannelli solari fotovoltaici, che sfruttano la luce solare per produrre elettricità. Come funziona il fotovoltaico per produrre energia? La trasformazione avviene grazie alle celle fotovoltaiche, costituite da silicio: i fotoni solari interagiscono con gli elettroni presenti negli atomi di silicio, generando un flusso elettrico in corrente continua che viene condotta verso l'inverter.

L'impianto produce corrente elettrica durante il giorno, immagazzinando quella in eccesso per utilizzarla la notteQuest'ultimo trasforma il flusso elettrico da continuo a corrente alternata, standard necessario per la rete elettrica domestica.
Per evitare che una singola cella fotovoltaica difettosa possa compromettere la produzione dell'intero impianto, ai pannelli possono integrarsi piccoli dispositivi elettronici detti ottimizzatori, che rendono autonomo ogni singolo pannello solare, altrimenti legati tra loro nella produzione. Il compito di misurare e contabilizzare l'energia prodotta dall'impianto spetta al contatore, necessario per conteggiare anche l'eventuale energia acquistata dalla rete.

L'impianto fotovoltaico così descritto può generare corrente elettrica soltanto di giorno, e in presenza del sole. E per le giornate nuvolose e il consumo notturno? Durante le ore di sole l'energia prodotta in eccesso può essere immagazinata grazie a sistemi di accumulo (o storage). Due sono i principali sistemi: il pacco batterie esterne, più economico ma anche più ingombrante, e il più maneggevole inverter con accumulo (l'accumulatore, in genere al litio, è connesso al corpo stesso dell'inverter).

 

GRID CONNECTED O STAND ALONE: LE VIE DEL FOTOVOLTAICO

Il processo di produzione sopra descritto determina con evidenza due modi diversi di gestire la potenza del sole. La differenza sostanziale è nel sistema di storage, che amplia le potenzialità dell'impianto permettendo all'utente di sfruttare tutta la luce solare.

Quando non esiste un sistema di storage, per avere un funzionamento 24 ore su 24 è necessario essere connessi alla rete (grid connected), per rimediare alla mancanza del sole. D'altra parte, si può essere connessi alla rete e installare un sistema di storage. È oggi la via più efficiente e moderna, punto di partenza per la generazione distribuita sulla quale noi di Evolvere abbiamo scommesso fin dall'inizio e che è sempre più vicina a concretizzarsi nelle sue forme evolute di autoconsumo collettivo e comunità energetiche da energie rinnovabili.

Al contrario, un sistema “stand alone”, chiamato anche “a isola”, non è collegato alla rete. Prevede dunque quasi sempre un sistema di accumulo e può essere una soluzione utile per situazioni non fornite da reti di distribuzione elettrica (barche, camper, abitazioni remote).

 

IMPIANTO FOTOVOLTAICO DOMESTICO: CARATTERISTICHE E VANTAGGI

La potenza nominale – detta anche potenza di picco – di un impianto è dettata dalle dimensioni dello stesso e dalla sua efficienza. Tecnicamente questo termine definisce la potenza massima che un impianto fotovoltaico può produrre nelle condizioni standard di 25°C di temperatura e radiazione solare incidente di 1000 Watt per metro quadrato.

Gli impianti di piccola taglia a uso domestico si attestanto attorno a 3 kw di potenza nominale, che coprono - se associati a un sistema di accumulo per le ore notturne - il fabbisogno medio di energia elettrica per una famiglia di 4 persone.

I fattori che determinano la producibilità di un impianto sono molteplici. Il primo è una questione geografica: di media, per impianti su edificio, si ha un'energia prodotta annua di circa 1150 kWh per kW installato al Nord Italia, che sale a 1250 kWh al Centro e a 1350 kWh al Sud.
Incidono poi l'esposizione solare dell'edificio e le caratteristiche del tetto. La disposizione migliore è naturalmente in direzione sud, ed è anche importante evitare quanto più possibile l'ombreggiamento dei moduli fotovoltaici.

L'inclinazione ideale dei pannelli fotovoltaici si aggira attorno ai 30-35 gradi, per avere il sole perpendicolare d'estate, ed è determinata dalla latitudine: a nord sarà maggiore, mentre a sud inferiore.
Di fondamentale importanza è la manutenzione dell'impianto fotovoltaico: celle sporche di polvere, fogliame o guano possono arrivare a perdere fino al 5% delle loro prestazioni in condizioni di alto irraggiamento. Per questo è importante avere dei sistemi di monitoraggio, come i nostri Dino o Eugenio, fondamentali per capire se il fotovoltaico funziona e che garantiscono risparmio, comfort e controllo per avere una casa smart e un impatto sull’ambiente più leggero.

Ma quanto spazio occorre per un impianto fotovoltaico di piccola taglia? L'ingombro non è un problema: pannelli fotovoltaici 3kW di potenza nominale necessitano di circa 30 mq di spazio nei tetti a falde che diventano 40 per le superfici piane. Non occorrono nemmeno particolari opere murarie: è sufficiente che il tetto sia solido e non presenti segni di cedimento.

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