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Producibilità Impianto

Considerazioni Generali

Il dimensionamento è un'operazione complessa, poiché dipende da una serie di fattori di tipo climatico, tecnico, economico, architettonico, che vanno visti nella loro interazione. E' soprattutto il sistema di incentivi introdotto con il Conto energia a influire in maniera determinante sul dimensionamento degli impianti connessi in rete, a seconda che si scelga di scambiare energia oppure di venderla alla rete.  

Dimensionare un impianto fotovoltaico significa in primo luogo individuare la potenza complessiva dei moduli necessaria per soddisfare determinati scopi elettrici. La potenza nominale di un modulo fotovoltaico (e quindi di un impianto fotovoltaico) si misura in kWp, cioè in "kilowatt di picco".

L'unità di misura del kWp viene utilizzata per identificare una dato di potenza nominale "oggettivo" per il fotovoltaico,  indipendentemente dalla variabilità caratteristica della radiazione solare. Il kWp individua la potenza istantanea erogata da un modulo fotovoltaico in condizioni standard di irraggiamento. 1.000 W/m² di radiazione solare e 25 °C di temperatura ambiente. La superficie media, su un tetto inclinato, necessaria per avere 1 kWp installato è di circa 8 m² di moduli monocristallini o policristallini.

Va tenuta in debito conto la bassa "densità energetica" della tecnologia fotovoltaica: ad esempio, per avere una potenza installata di 3 kWp, che è all'incirca quanto serve per soddisfare l'intero fabbisogno di una famiglia di 3-4 persone, occorrono più o meno 24 m² di pannelli solari. Le notevoli superfici in gioco rendono evidente l'importante funzione architettonica, oltre che energetica, svolta dagli impianti fotovoltaici.

Il Conto energia riconosce agli impianti integrati dal punto di vista architettonico una tariffa incentivante particolarmente alta; i maggiori ricavi che si ottengono da un impianto integrato vanno ovviamente valutati alla luce delle maggiori spese imputabili alle opere necessarie per integrare architettonicamente l'impianto.

I criteri di dimensionamento trattati in questa sede vanno considerati alla stregua di consigli di massima. E’ in ogni caso opportuno rivolgersi a operatori e ditte specializzate, che grazie all’esperienza acquisita e all’utilizzo di sofisticati software di simulazione, possono dimensionare un impianto nella maniera più corretta

 Stima di Producibilità

Una stima della producibilità di un impianto fotovoltaico può essere realizzata soltanto a partire da dati concreti sulla risorsa solare disponibile nella località prescelta per l’installazione.

Esistono diversi atlanti solari, reperibili anche su internet, che riportano la radiazione media per ogni area geografica, su base annuale e/o mensile, espressa in kWh/m².

Due sono i principali atlanti solari reperibili sul web:
1. L’Atlante italiano della radiazione solare, sviluppato dall’Enea, è dedicato alla valutazione della radiazione solare nella nostra penisola. Sono disponibili dati per ogni singolo comune italiano.
2. Il Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS), sviluppato dalla Commissione Europea, consente di conoscere la radiazione solare in tutta Europa, Italia compresa.

I dati reperibili sugli atlanti sono solamente un punto di partenza per una stima dell’effettiva producibilità dell’impianto. Gli atlanti infatti contengono dati “lordi” sulla disponibilità solare, mentre ciò che a noi in definitiva interessa è la disponibilità “netta” di radiazione trasformabile in elettricità utile.

Orientamento e inclinazione dei moduli

L'orientamento ideale per i pannelli fotovoltaici è senza dubbio il Sud. E' noto come le superfici esposte a Sud godano della maggior quantità possibile di radiazione solare.
Spesso accade che le superfici disponibili per l'installazione non siano perfettamente esposte a Sud; questo nella gran parte dei casi non costituisce un grave problema. Infatti, spostamenti anche consistenti verso Sud-est o Sud-ovest comportano diminuzioni trascurabili nella producibilità elettrica dell'impianto.

Per gli impianti connessi alla rete, l'inclinazione ideale rispetto alla superficie orizzontale è quella che consente di massimizzare la produzione elettrica su base annua. L'angolo di inclinazione dei moduli dipende dalla latitudine della località scelta per l'installazione. Un valore medio normalmente consigliato è di 30°, ma possono andare bene anche inclinazioni di 20° o 40°.

Anche per gli impianti isolati è consigliabile un angolo di inclinazione dei pannelli di circa 30°. Tuttavia, per questi impianti l'inclinazione scelta deve rispondere soprattutto alla necessità di copertura istantanea del carico elettrico e di ricarica delle batterie di accumulo, piuttosto che a criteri di massima producibilità dettati dalla presenza della tariffa incentivante.

Spieghiamoci meglio con un esempio concreto. Ipotizziamo un rifugio montano isolato dalla rete e aperto tutto l'anno, che si affida unicamente al fotovoltaico per soddisfare il proprio fabbisogno elettrico. Sappiamo bene che nella stagione invernale la radiazione solare è modesta e il percorso del sole rimane basso sull'orizzonte. Questo significa che, se si intende massimizzare la resa invernale dell'impianto in modo da non rimare privi di energia elettrica, l'angolo ottimale di inclinazione dei moduli sul piano orizzontale potrà essere anche di 50° o 60°.
Viceversa, se il rifugio montano viene utilizzato solo nella stagione estiva, allora l'angolo di inclinazione dei moduli potrà essere anche di soli 15°-20°, per intercettare la radiazione solare che d'estate è quasi perpendicolare al piano orizzontale.

Stimare la producibilità dell’impianto

Per stimare la reale capacità di produzione di energia elettrica dell’impianto è necessario mettere in correlazione i  dati florniti dagli atlanti solari con le prestazioni tecniche dei componenti dell’impianto. Solo in questo modo, possiamo stimare la quantità di energia fornita dall'impianto, espressa in kWh elettrici per ogni kWp di potenza installata.

L'efficienza dei moduli 

I rendimenti dei moduli fotovoltaici, calcolati in condizioni standard di irraggiamento (1.000 W/m² a 25 °C di temperatura), variano a seconda della tecnologia utilizzata: si va da valori del 6-10% per il silicio amorfo al 10-15% per il silicio mono e policristallino.
Ipotizzando un’efficienza media del 12,5%, occorreranno 8 m² di superficie di moduli per avere una potenza installata di 1 kWp, in grado di produrre annualmente una quantità (teorica) di kWh elettrici pari alla radiazione solare annua

Ad esempio nell'Italia centrale si può prevedere una produzione elettrica pari all'incirca a 1.700 kwh elett./kWp anno.

L'efficienza di conversione 

Si tratta del cosiddetto BOS (Balance of System) che tiene conto non dell'efficienza dei moduli, ma della restante parte del sistema fotovoltaico, considerando quindi le perdite imputabili ai diversi dispositivi elettrici dell’impianto. Il valore medio del BOS è all’incirca dell’85%. Quindi dobbiamo correggere la producibilità annua stimata in base ai dati sulla radiazione solare, moltiplicandola per il BOS.

Ad esempio: 1.700 kWh elett./kWp anno x 85% BOS = 1.445 kWh elett./kWp anno.

Prendiamo un impianto fotovoltaico installato sul tetto di una villetta romana. Conosciamo la radiazione solare media annua (1.700 kWh/m²) e anche la producibilità elettrica dell'impianto, al netto del BOS (1.445 kWh elett./kWp anno). Ipotizzando un impianto fotovoltaico con potenza di 2 kWp, che occupa circa 16 m² di superficie, avremo una producibilità annua stimabile attorno ai 2.890 kWh elettrici  

Dimensionare un impianto isolato dalla rete 

Gli impianti fotovoltaici che alimentano edifici privi di collegamento con la rete elettrica, vanno dimensionati con particolare cura. Molto spesso, infatti, queste utenze dipendono dalla tecnologia fotovoltaica per la fornitura di tutta o gran parte dell’elettricità.

Le utenze isolate devono poter disporre di energia elettrica anche in assenza di radiazione solare (durante la notte o con tempo nuvoloso). Questo rende indispensabile la presenza di un accumulatore di elettricità, realizzabile con un sistema elettrochimico a batterie. L’impianto quindi va dimensionato in modo da soddisfare, nelle giornate favorevoli, non solo le richieste dell’utenza ma anche l’accumulo di energia elettrica per un utilizzo posticipato.

L'integrazione tra il fotovoltaico e altre fonti di energia (eolico, generatori diesel, ecc.) costituisce una delle migliori soluzioni impiantistiche per le utenze isolate dalla rete, poichè consente un migliore dimensionamento dei diversi componenti.

Per ulteriori approfondimenti tecnici e impiantistici, consulta la pagina "Impianti isolati dalla rete"

Dimensionare un impianto connesso alla rete con il Conto energia

Un impianto fotovoltaico connesso alla rete non deve necessariamente essere dimensionato per soddisfare l’intero fabbisogno elettrico dell’utenza. Infatti una delle funzioni principali della rete è quella di supplire ai deficit di produzione energetica dell’impianto, consentendo il prelievo dell’energia a favore dell’utenza in caso di necessità.

Il collegamento alla rete risulta particolarmente utile per le fonti energetiche aleatorie, cioè non programmabili, tra tutte la fonte solare e quella eolica. In pratica, per gli impianti connessi alla rete, in cui è assicurata continuità alla fornitura di energia elettrica, i criteri di dimensionamento sono determinati più da considerazioni economico-tariffarie legate alla tariffa incentivante e ai corrispettivi per lo scambio e la vendita di energia, che dalla necessità di inseguire i carichi elettrici.

Tutti gli impianti fotovoltaici di potenza nominale compresa tra 1 kW e 200 kW, connessi alla rete con il Conto energia, possono scegliere di usufruire del servizio di Scambio sul posto, in alternativa alla vendita dell’energia prodotta.

Dimensionare per lo Scambio sul posto

Il principale vantaggio dello Scambio sul posto è che l’utente non è tenuto a consumare l’energia prodotta dall’impianto solo nel momento in cui questa viene prodotta.

La rete elettrica funziona come un accumulatore virtuale, in cui viene "stoccato" il valore economico dell’elettricità prodotta in surplus rispetto all’auto-consumo immediato, per poter essere successivamente prelevato dall’utente per un utilizzo posticipato.

Lo Scambio sul posto è adatto in particolare per due tipi di utenze:

• edifici residenziali (a eccezione delle seconde case)

• aziende di piccole-medie dimensioni

Dimensionare per la vendita alla rete

Per tutti gli impianti fotovoltaici di potenza nominale superiore a 1 kW, connessi alla rete con il Conto energia, c’è la possibilità di scegliere di vendere alla rete tutta o parte dell’energia elettrica prodotta, in alternativa allo Scambio sul posto.

Per l'energia prodotta da impianti di potenza superiore ai 200 kW, la vendita alla rete diventa invece una scelta obbligata.

Nella maggior parte dei casi, la vendita di energia avviene con le modalità semplificate previste dal regime di Ritiro dedicato.

La vendita dell’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico può essere totale o parziale; in questo secondo caso, a differenza dello Scambio sul posto, l’autoconsumo di energia può avvenire solo con l’impianto fotovoltaico in funzione, sfruttando cioè l’elettricità prodotta in quel dato momento.

Tutta l’energia non autoconsumata viene immessa in rete e remunerata con i prezzi di mercato oppure, nel caso del Ritiro dedicato, con prezzi minimi garantiti. Ai risparmi di energia per la quota autoconsumata e ai ricavi per la quota venduta, va sommata la tariffa incentivante per la totalità dell’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico.

Le utenze più indicate per la vendita alla rete sono:

• edifici residenziali disabitati per molti mesi l'anno (ad esempio , le seconde case)

• aziende di ogni dimensione

• in generale, per chiunque disponga dello spazio sufficiente per l'installazione di un impianto

In caso di vendita totale (senza autoconsumi) alla rete, il problema del dimensionamento e dell’analisi dei consumi non si pone. In questi casi, si diventa a tutti gli effetti “produttori” di energia elettrica, con tutti i conseguenti adempimenti burocratici e oneri fiscali. Giocoforza, quindi, massimizzare la produzione di energia elettrica tenendo conto di fattori più quantitativi che qualitativi: l’area disponibile per l’installazione, le risorse economiche, la presenza di eventuali vincoli legislativi e amministrativi.

Simulatori per il dimensionamento degli impianti

Per valutare la convenienza e la fattibilità di un impianto fotovoltaico, un buon esercizio preliminare è quello di utilizzare uno dei tanti simulatori disponibili sul web. I simulatori sono strumenti interattivi che, partendo da una serie di parametri inseriti dall'utente, danno come risultato alcuni dati specifici -potenza, area occupata, ecc.- sull'impianto fotovoltaico "ideale".