Sunergy: Il solare fotovoltaico

La tecnologia del solare fotovoltaico permette di produrre in maniera diretta energia elettrica sfruttando la radiazione luminosa proveniente dal nostro Sole.

Ciò è possibile grazie al cosiddetto effetto fotovoltaico, scoperto nel 1839 dal fisico francese Becquerel, e che ebbe la sua prima applicazione pratica per la produzione di corrente elettrica attorno agli anni Settanta, per alimentare i satelliti spaziali.

Oggi, con la riduzione del costo di questa tecnologia, essa rappresenta un mezzo concreto per la produzione di energia elettrica anche per utilizzo terrestre. Inoltre, i sistemi fotovoltaici non hanno un grave impatto ambientale, e l'assenza di qualsiasi emissione di gas inquinanti la rende un'energia del tutto "pulita".

Efficienza dei pannelli fotovoltaici

La potenza max inviata dal Sole sulla Terra è di circa 1.000 W/mq (vedi la box qui a destra), ma solo il 10-15% può essere convertito in energia elettrica utile.

Il materiale più diffuso per la generazione fotovoltaica è il silicio. Nel 1946, Russel Ohl brevettò le moderne celle solari, e nel 1954 Person, Fuller e Chapin ottennero la prima cella solare commerciale all'interno dei laboratori Bell, negli Stati Uniti. Col tempo, la resa delle celle è stata migliorata, raggiungendo i livelli citati.

Un pannello fotovoltaico è costituito, per l'appunto, da un insieme di moduli fotovoltaici a loro volta costituiti da un insieme di celle. Un insieme di pannelli, collegati fra loro elettricamente in serie, costituiscono una stringa, e più stringhe collegate in parallelo formano un generatore o campo fotovoltaico.

A causa della normale usura dei materiali, le prestazioni di un pannello fotovoltaico calano di circa un punto percentuale su base annua, comunque anche dopo 20 anni forniscono ancora l'80% della loro potenza di picco nominale. D'altronde, risulta ragionevole che dopo un ciclo di vita di 25 anni vengano sostituiti. 

Impianti solari connessi alla rete

Gli impianti fotovoltaici possono essere essenzialmente di due tipi: connessi alla rete nazionale (grid-connected) o direttamente a utenze isolate (stand-alone), di solito per assicurare la disponibilità di energia elettrica in zone isolate (in tal caso necessitano di batterie o di celle a combustibile per accumulare l'energia).

Un impianto fotovoltaico connesso in rete è composto essenzialmente da:

 Moduli o pannelli fotovoltaici, il cui numero e potenza complessiva vengono calcolati in base alla quantità di energia da produrre.
 
Inverter, cioè un apparato convertitore che trasforma la corrente continua in corrente alternata (a 220 V oppure 380 V) per l'utilizzo da parte dell'utente.

Contatore bidirezionale, che serve a contabilizzare l'energia immessa nella rete elettrica nazionale e quella prelevata da quest'ultima.

Contatore fotovoltaico, che serve a contabilizzare l'energia prodotta dall'impianto e che viene remunerata in totale con la tariffa incentivante di competenza a seconda del tipo di impianto (vedi la Sezione  "Incentivi e utili" del sito).

Un sistema grid-connected è collegato in maniera permanente alla rete nazionale. Quando produce energia elettrica in quantità maggiore rispetto alle proprie necessità, la parte eccedente viene immessa in rete e contabilizzata dal contatore bidirezionale. Se invece l'energia prodotta è minore o nulla (ad es., causa nuvolosità o perché è notte) l'energia necessaria viene prelevata dalla rete. 

N.B. La potenza minima dell'impianto fotovoltaico deve essere di 1 kWp (chilowatt di picco) per poter usufruire dell'incentivazione prevista dal Conto Energia.

Quanta energia riceviamo dal Sole

L'energia solare che arriva annualmente sulla Terra è la fonte di energia primaria per eccellenza, ha un enorme potenziale di sfruttamento ed eccede di gran lunga le riserve di energia fossile e nucleare.

La domanda mondiale annua di energia è di circa 10 miliardi di tonnellate di petrolio equivalenti (TEP), e per soddisfarla completamente basterebbe l'energia irradiata dal Sole su una superficie quadrata di lato 1.000 km. In Italia la domanda annua è di circa 180 milioni di TEP.

L'irraggiamento globale del Sole sulla Terra, ottenuto sommando quello diretto, quello diffuso in tutte le direzioni dalle molecole dell'atmosfera e la componente riflessa dal suolo o dalle superfici circostanti, ammonta, in condizioni ottimali (cielo sereno, mezzogiorno) a un max di 1,0 kW/mq, mentre quando il cielo è del tutto coperto diminuisce fino a circa 50-100 W/mq.

Una grande risorsa per l'Italia

L'Italia riceve un irraggiamento solare molto elevato, compreso  tra i 1.350 e i 1.950 kWh/mq all'anno, per cui risulta in condizioni ottimali per lo sfruttamento di questa energia rinnovabile.

Nel Sud dell'Italia, in particolare, già con un impianto fotovoltaico di appena 2 kWp (chilowatt di picco) si possono coprire i consumi elettrici medi di una famiglia, che sono sui 3.000 kWh all'anno.

I benefici per l'ambiente

I benefici ambientabili ottenibili dall'adozione di sistemi fotovoltaici sono proporzionali alla quantità di energia prodotta, supponendo che questa vada a sostituire dell'energia altrimenti fornita da fonti convenzionali quali il petrolio o il carbone.

Per produrre 1 kWh elettrico, vengono bruciati mediamente l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibili fossili, e di conseguenza emessi nell'aria circa 0,53 kg di CO2, principale responsabile dell'aumento dell'effetto serra. Dunque, ogni kWh prodotto da un sistema fotovoltaico evita l'emissione nell'atmosfera di 0,53 kg di CO2.