Impianti Fotovoltaici
Definizione di impianti solari
Gli impianti solari generano elettricità utilizzando l'energia solare, classificati in impianti fotovoltaici (PV) e impianti solari concentrati (CSP).
Impianti fotovoltaici
Convertire la luce solare direttamente in elettricità utilizzando celle fotovoltaiche e includono componenti come moduli solari, inverter e batterie.
Un impianto fotovoltaico è un sistema PV su larga scala connesso alla rete e progettato per produrre energia elettrica di massa dalla radiazione solare. Un impianto fotovoltaico è composto da diversi componenti, come:
Moduli solari: Le unità di base di un sistema PV, composti da celle fotovoltaiche che trasformano la luce in elettricità. Le celle solari, tipicamente realizzate in silicio, assorbono i fotoni e rilasciano elettroni, creando una corrente elettrica. I moduli solari possono essere disposti in serie, parallelo o configurazioni serie-parallelo, a seconda dei requisiti di tensione e corrente del sistema.
Strutture di montaggio: Possono essere fisse o regolabili. Le strutture fisse sono meno costose ma non seguono il movimento del sole, potendo ridurre l'output. Le strutture regolabili inclinano o ruotano per seguire il sole, migliorando la produzione di energia. Possono essere manuali o automatiche, a seconda del controllo necessario.
Inverter: Sono dispositivi che convertono la corrente continua (CC) prodotta dai moduli solari in corrente alternata (CA) che può essere alimentata nella rete o utilizzata da carichi CA.
Gli inverter possono essere classificati in due tipi: inverter centrali e micro-inverter. Gli inverter centrali sono unità grandi che connettono diversi moduli solari o array e forniscono un singolo output CA. I micro-inverter sono unità piccole che si connettono a ciascun modulo solare o pannello e forniscono output CA individuali. Gli inverter centrali sono più economici ed efficienti per sistemi su larga scala, mentre i micro-inverter sono più flessibili e affidabili per sistemi su piccola scala.
Controller di carica: Regolano la tensione e la corrente dai moduli solari per prevenire l'overcharge o l'overdischarge delle batterie. Esistono due tipi: modulazione della larghezza di impulso (PWM) e tracciamento del punto di massima potenza (MPPT). I controller PWM sono più semplici ed economici ma sprecano parte dell'energia. I controller MPPT sono più efficienti e ottimizzano l'output energetico adattandosi al punto di massima potenza dei moduli solari.
Batterie: Sono dispositivi che memorizzano l'elettricità in eccesso generata dai moduli solari o dagli array per un uso successivo quando non c'è luce solare o quando la rete è fuori servizio. Le batterie possono essere classificate in due tipi: batterie a piombo-acido e batterie a ioni di litio. Le batterie a piombo-acido sono più economiche e ampiamente utilizzate, ma hanno una densità di energia inferiore, una vita utile più breve e richiedono più manutenzione. Le batterie a ioni di litio sono più costose e meno comuni, ma hanno una densità di energia superiore, una vita utile più lunga e richiedono meno manutenzione.
Interruttori: Connettono o disconnettono parti del sistema, come moduli solari, inverter e batterie. Possono essere manuali o automatici. Gli interruttori manuali richiedono l'intervento umano, mentre gli interruttori automatici funzionano in base a condizioni o segnali predefiniti.
Contatori: Sono dispositivi che misurano e visualizzano vari parametri del sistema, come tensione, corrente, potenza, energia, temperatura o irradiazione. I contatori possono essere analogici o digitali, a seconda del tipo di display e della precisione richiesta. I contatori analogici utilizzano aghi o quadranti per mostrare i valori, mentre i contatori digitali utilizzano numeri o grafici per mostrarli.
Cavi: Sono fili che trasmettono elettricità tra diversi componenti del sistema. I cavi possono essere classificati in due tipi: cavi CC e cavi CA. I cavi CC trasportano corrente continua dai moduli solari agli inverter o alle batterie, mentre i cavi CA trasportano corrente alternata dagli inverter alla rete o ai carichi.
La parte di generazione include moduli solari, strutture di montaggio e inverter che producono elettricità dalla luce solare. La parte di trasmissione include cavi, interruttori e contatori che trasmettono elettricità dalla parte di generazione alla parte di distribuzione.
La parte di distribuzione include batterie, controller di carica e carichi che memorizzano o consumano elettricità. Il seguente diagramma mostra un esempio di layout di un impianto fotovoltaico:
L'operazione di un impianto fotovoltaico dipende da diversi fattori, come le condizioni meteorologiche, la domanda di carico e lo stato della rete. Tuttavia, un'operazione tipica consiste in tre modalità principali: modalità di carica, modalità di scarica e modalità di connessione alla rete.
La modalità di carica avviene quando c'è eccesso di luce solare e bassa domanda. In questa modalità, i moduli solari generano più elettricità di quanto sia necessario. L'elettricità extra carica le batterie tramite i controller di carica.
La modalità di scarica si verifica quando non c'è luce solare o c'è alta domanda di carico. In questa modalità, i moduli solari generano meno elettricità di quanto sia necessario per i carichi. L'elettricità deficitaria viene fornita dalle batterie attraverso gli inverter.
La modalità di connessione alla rete può anche verificarsi quando c'è un'interruzione della rete e serve energia di backup. In questa modalità, i moduli solari generano elettricità che può essere utilizzata dai carichi attraverso gli inverter.
Vantaggi
Gli impianti solari utilizzano energia rinnovabile e pulita che non emette gas serra o inquinanti.
Gli impianti solari possono ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e migliorare la sicurezza e la diversità energetica.
Gli impianti solari possono fornire elettricità in aree remote dove la connessione alla rete non è fattibile o affidabile.
Gli impianti solari possono creare posti di lavoro locali e benefici economici per comunità e regioni.
Gli impianti solari possono beneficiare di vari incentivi e politiche che supportano lo sviluppo e la diffusione dell'energia rinnovabile.
Svantaggi
Gli impianti solari richiedono vaste aree terriere e possono avere impatti ambientali sulla fauna, la vegetazione e le risorse idriche.
Gli impianti solari hanno costi iniziali di capitale elevati e periodi di ammortamento lunghi rispetto agli impianti convenzionali.
Gli impianti solari hanno fattori di capacità bassi e dipendono dalle condizioni meteorologiche e dai cicli giornalieri che influenzano la loro produzione e affidabilità.
Gli impianti solari necessitano di sistemi di backup o di accumulo per garantire un approvvigionamento continuo di elettricità durante periodi di bassa o nulla luce solare.
Gli impianti solari affrontano sfide tecniche come l'integrazione nella rete, l'interconnessione, la trasmissione e la distribuzione.
