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Il solare fotovoltaico - Funzionamento

 

Cella fotovoltaica

La tecnologia fotovoltaica consiste nella trasformazione diretta della radiazione del sole in energia elettrica per effetto fotoelettrico. L'effetto consiste nella generazione di una corrente elettrica in seguito all'assorbimento della radiazione da parte di celle fotovoltaiche. Queste celle sono costituite di due sottili strati di silicio (semiconduttore). Il primo strato (n) tende a raccogliere elettroni (-), il secondo (p) raccoglie le cariche positive (+).  Nella zona di contatto si forma un campo elettrico dovuto alla diversità dei due materiali.

 

Collegando i due strati con un circuito elettrico esterno, si genera una corrente elettrica continua. Il rendimento delle celle fotovoltaiche è attualmente compreso tra il 10 e il 14%, ma in laboratorio sono stati raggiunti anche valori del 30%. Bisogna però considerare anche il fatto che 1 m² di pannelli PV, installato secondo le regole, può coprire il fabbisogno elettrico dell’illuminazione di un ufficio di 10 m².

 

Le singole celle fotovoltaiche vengono combinate in moduli e questi in pannelli.

 

Moduli fotovoltaici

La corrente continua (12 o 24 V) può essere immagazzinata in batterie e prelevata quando si vuole utilizzarla, oppure trasformata, mediante un inverter, in corrente alternata a 220 V. Più opportuna è però l'immissione dell'energia prodotta nella rete elettrica e servirsi per i propri consumi da quella. Il vantaggio: il gestore della rete compra l'energia e l'utente paga solo la differenza tra i sui consumi e la sua produzione. Questo sistema garantisce la disponibilità d’energia anche nei periodi in cui l'impianto fotovoltaico non produce abbastanza e si guadagna quando invece produce più di quello che si consuma. In questo caso si devono disporre di due contatori: uno che registri i consumi dalla rete e l'altro l’energia ceduta alla società elettrica.

 

La normale potenza di un impianto FV  per case unifamiliari è compresa tra 1 e 5 kWp (chilowattpeak). La dimensione dell'impianto deve essere scelta secondo la superficie disponibile sul tetto e ai finanziamenti previsti dai relativi programmi statali. Normalmente vengono installati impianti con una potenza di 2 kWp e una superficie di 20 m². Un tale impianto può produrre annualmente 1400-2000 kWh di corrente solare e coprire così circa la metà del consumo elettrico annuale di una famiglia di 4 persone.

Secondo il luogo d'installazione e il tipo di celle, possono essere annualmente ricavati 70-100 kWh d'energia elettrica ogni metro quadrato di impianto. La potenza massima è di circa 0,1 kWp.

 

Montaggio

I pannelli fotovoltaici possono essere installati su tetti inclinati e piani, nonché integrati nelle facciate. Purtroppo solo pochi impianti fotovoltaici realizzati sono stati considerati elementi architettonici e integrati come tali nell’architettura degli edifici. Il montaggio sopra il manto del tetto è indicato nel caso di un'installazione su tetti esistenti.

 

L'incasso nel tetto richiede collegamenti a tenuta stagna tra il pannello FV e il manto di copertura per evitare infiltrazioni di pioggia o di neve. Questi collegamenti devono inoltre essere anche in grado di assorbire la dilatazione termica. Il retro dei pannelli FV deve essere ben ventilato, perché il rendimento dei moduli solari si riduce con l'aumento della temperatura.

 

Su tetti piani o poco inclinati occorre una speciale sottocostruzione che conferisca ai pannelli la necessaria inclinazione. Il dimensionamento strutturale del tetto deve tenere conto del peso dei moduli e della sottocostruzione. Per evitare la perforazione del manto di copertura, per il fissaggio possono essere utilizzati i cosiddetti piedi d'appoggio (elementi in cemento). 

Esistono anche tegole fotovoltaiche che possono essere integrate in un convenzionale manto di tetto. In questo caso le singole tegole vengono collegate sul retro formando elementi più grandi. Anche queste tegole devono essere ben ventilate allo scopo di prevenire un calo del rendimento. 

I pannelli FV possono essere integrati anche su tetti trasparenti e facciate. Avendo una semi trasparenza che va dallo 0 al 30 %, attenuano la luce diurna e possono servire anche da schermature parasole. Il rendimento dei moduli si riduce in rapporto alla trasparenza.

 

Gli elementi FV possono essere montati e integrati anche su una facciata in sostituzione del normale rivestimento. In luoghi isolati, per esempio in alta montagna, si possono incontrare anche altre soluzioni.

Il costo

Il costo degli impianti fotovoltaici è relativamente elevato, ma attualmente, con il programma Tetti fotovoltaici, lo Stato italiano agevola l'investimento in questi impianti con l'acquisto agevolato della corrente prodotta. Così la produzione d'energia elettrica con impianti fotovoltaici non conviene più solo in caso di piccole utenze isolate (isole, alta montagna), ma per ciascuna utenza.

Estratto da:

Aria - Calore - Luce

Il comfort ambientale negli edifici

di Uwe Wienke

 

DEI - Tipografia del Genio Civile, Roma, 2005, 17/24, ca. 380 pp. + CD-Rom, ISBN 88-496.1441-1. Prezzo: Euro 39,00