Il fotovoltaico: tecnologie, sistemi e mercato

1. 1 Il fotovoltaico: tecnologie, sistemi e mercato Per.Ind. Maurizio Giardina

2. 2 Argomenti • Le Tecnologie delle celle fotovoltaiche • il silicio cristallino • il film sottile • I sistemi fotovoltaici • i sistemi isolati • i sistemi connessi in rete • Il mercato e gli incentivi Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

3. 3 Le Tecnologie delle celle fotovoltaiche Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

4. 4 La tecnologia del silicio cristallino IL SILICIO CRISTALLINO • Discreti valori dell’ efficienza (15 - 24 %) • Tecnologia affidabile (vita >30 anni • Costi elevati • alto contenuto energetico • processo di fabbricazione complesso • Limitata disponibilità di feedstock • necessità di una produzione specifica per il fotovoltaico Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

5. 5 La tecnologia del silicio cristallino Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

6. Le celle fotovoltaiche forniscono valori di tensione e corrente insufficienti per alimentare gli apparecchi utilizzatori e sono estremamente fragili e prive di supporto meccanico; Esse vengono, quindi, assemblate in modo opportuno a costituire un’unica struttura robusta in grado di garantire molti anni di funzionamento anche in condizioni ambientali difficili. Tale struttura è il modulo fotovoltaico; 6 Dalla cella al silicio cristallino al modulo fotovoltaico Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

7. vetro Il processo di assemblaggio delle celle in moduli consiste nelle preparazione di un “sandwich” composto da: • Una lastra di vetro ad alta trasmittanza (90%); • Un foglio sigillante in EVA (acetato viniletilenico); • Le Celle fotovoltaiche già collegate elettricamente; • Un altro foglio di EVA; • Una protezione posteriore (generalmente Tedlar). EVA celle EVA Tedlar Al sandwich, dopo averlo opportunamente trattato”, viene aggiunta una cornice metallica. 7 Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si) Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

8. 8 Struttura di un modulo fotovoltaico (c-Si) Vetro EVA celle EVA Vetro/tedlar EVA VETRO TEMPERATO CELLA TEDLAR / VETRO SILICONE SIGILLANTE CORNICE IN ALLUMINIO SEZIONE DI UN MODULO Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

9. MODULO AL SILICIO MONOCRISTALLINO MODULO AL SILICIO POLICRISTALLINO 9 Moduli fotovoltaici al silicio cristallino Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

10. FILM SOTTILI (a-Si, Cd-Te, CIS) Pro: • Consumo di materiale limitato (spessore 0,001 mm) 0,02 g/W (c-Si: 4 g/W) • Moduli leggeri e flessibili • Fabbricazione del modulo con • un unico processo • basso costo di produzione Contro: • bassa efficienza moduli (7 % a-Si, 11 % Cd-Te…) • Degrado (a-Si) 10 La tecnologia dei film sottili Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

11. Modulo su supporto flessibile Modulo su lamiera coibentata Modulo su lamiera normale 11 Moduli in film sottile (a-Si) Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

12. 12 Efficienza di celle Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

13. 13 La produzione mondiale per tecnologie Il silicio cristallino domina la produzione attuale, ma il film sottile sta aumentando la sua quota di mercato. Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

14. 14 I Sistemi fotovoltaici Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

15. Sistemi in grado di captare e trasformare l’energia solare in energia elettrica • Caratteristiche generali: • Uso di una fonte inesauribile; • Completa modularità; • Elevata affidabilità; • Funzionamento automatico • Si dividono in impianti: • Collegati alla Rete; • Isolati dalla Rete. 15 I sistemi fotovoltaici Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

16. 16 Dalla cella al generatore fotovoltaico CELLA MODULO PANNELLO STRINGA Insieme di pannelli collegati Più moduli assemblati P in serie per ottenere la in una struttura comune tensione del generatore GENERATORE FOTOVOLTAICO Insieme di stringhe collegate in parallelo per ottenere la potenza voluta Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

17. Schema sistema FV connesso in Rete ponte DC/AC controllo isolamento UTENZE 17 Corrente alternata Corrente continua RETE GENERATORE FOTOVOLTAICO INVERTER CONTATORI Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

18. I sistemi isolati • Sono utilizzati in mancanza della Rete elettrica, lì dove • esistono siti di difficile accesso • è richiesto un basso impatto ambientale • è richiesta una: • alta affidabilità • semplicità di gestione dell’impianto • trasportabilità • riduzione consumi carburante 18 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

19. Schema di un sistema FV isolato 19 Corrente alternata Corrente continua GENERATORE GENERATOR CONVERTITORE INVERTER CARICO FOTOVOLTAICO DC/DC DC/AC GENERATORE AUSILIARIO BATTERIA Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

20. 20 ALIMENTAZIONE SISTEMA DI TELECOMUNICAZIONI Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

21. 21 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

22. 22 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

23. 23 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

24. 24 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

25. 25 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

26. 26 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

27. 27 Impianto ad inseguimento. Serre (SA) Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

28. 28 Impianto da 600 kW – Manfredonia (FG) Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

29. 30° 15° 45° 70° tilt=90° 29 ENERGIA RACCOLTA DA UNA SUPERFICIE Esposizione moduli 1,2 tilt=0° 1 0,8 tilt E. piano moduli Ei,y / E.orizzontale Ei,o 0,6 0,4 0,2 azimuth 0 Sud -90 -45 0 45 90 Azimuth Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

30.   E = E * S * * p ,y i,y pv inv  = E * P * (1 - L ) * i nom pv inv = E * P * 0,75 i,y nom 30 ENERGIA PRODOTTA DALL’IMPIANTO Ep,y • Ei,y : radiazione solare annua incidente sui moduli (diretta + diffusa + riflessa) • S : superficie del generatore FV • pv: efficienza del generatore FV • Pnom : potenza nominale generatore FV ( Pnon moduli) • Lpv : perdite sul generatore FV (15%: temperatura, ottiche, mismatch, cavi, diodi) • inv: efficienza dell’inverter (90%) Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

31. Maggiore energia captata rispetto ai sistemi fissi; • Costo di produzione del kWh potenzialmente inferiore; • manutenzione più costosa; • strutture di supporto più complesse; • elevata accuratezza nell’inseguimento per i sistemi a concentrazione; • maggiori superfici richieste. • sistemi ad inseguimento ad un asse: • asse orizzontale - Est-Ovest • asse orizzontale – Nord-Sud • asse inclinato – Nord-Sud • sistemi ad inseguimento a due assi: • senza concentrazione • con concentrazione 31 SISTEMI FOTOVOLTAICI AD INSEGUIMENTO Caratteristiche Tipologie Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

32. 32 SISTEMI FOTOVOLTAICI AD INSEGUIMENTO • Inseguimento su asse orizzontale (N-S o E-W) • Inseguimento su asse inclinato (N-S) • Inseguimento su due assi Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

33. 33 SISTEMA AD INSEGUIMENTO A DUE ASSI Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

34. Tipologia Produzione attesa (kWh/kWp) Produzione rispetto impianto fisso Occupazione del terreno (ha/MW) Fisso ad esposizione ottimale 1360 100 % 2,2 Biassale 1870 137 % 4,5 Monoassiale orizzontale ( asse N-S) 1700 125 % 3 Monoassiale inclinato (asse N-S) 1820 134 % 4,5 34 CONFRONTO TRA I SISTEMI FISSI E AD INSEGUIMENTO (*) (*) simulazione svolta per una località del sud-Italia Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

35. 35 Il Mercato Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

36. Il mercato 36 Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

37. Gli incentivi nazionali 37 • Conto capitale (passato) • Finanzia una quota parte del costo dell’impianto es. 70% • Conto energia (attuale) • Remunera l’energia prodotta dall’impianto, che però viene pagato per intero dal richiedente Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

38. Il Conto Energia Taglia impianto (kW) Non integrati Parzialmente integrati Integrati 1 < P ≤ 3 0,392 0,431 0,480 3 < P ≤ 20 0,372 0,412 0,451 P > 20 0,353 0,392 0,431 (*) per maggiori informazioni: www.gse.it 38 Tariffe Incentivanti (€/kWh)(*) Il fotovoltaico:tecnologie, sistemi e mercato

39. 39 Autoproduttori di energia elettrica • L’autoproduttore, secondo il D.Lgs 79/16 marzo 1999 art. 2 comma 2, è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la utilizza in misura non inferiore al 70% annuo per uso proprio ovvero per uso delle società controllate, nonché per uso dei soci delle società cooperative di produzione e distribuzione dell’energia. • In termini generali, per stabilire se al soggetto responsabile spetta per un certo anno la qualifica di autoproduttore si confronta l’energia prodotta dall’impianto con quella autoconsumata nello stesso periodo temporale. • A titolo esemplificativo e nel caso più semplice in cui produzione e consumo avvengono nello stesso sito, l’energia autoconsumata è determinata come differenza tra l’energia prodotta e l’energia immessa in rete; il GSE verifica in tal caso che il rapporto tra l’energia autoconsumata e l’energia prodotta non sia inferiore a 0,7. Il titolo di autoproduttore non si applica a chi usufruisce del servizio di scambio sul posto.

40. 40 Il risparmio energetico negli edifici • Il settore residenziale assorbe un sesto del fabbisogno energetico nazionale. L’80% di tali consumi è riconducibile al riscaldamento domestico, mentre la restante quota è dovuta, nell’ordine, alla preparazione dell’acqua calda sanitaria, ai consumi degli elettrodomestici e all’illuminazione. • Diminuire i consumi dei settori terziario e residenziale, oltre a contribuire al raggiungimento degli obiettivi nazionale di riduzione delle emissioni inquinanti, climalteranti, e di sicurezza dell’approvvigionamento energetico, comporta vantaggi per le famiglie in termini di diminuzione della bolletta energetica e di miglioramento del comfort abitativo. • Gli interventi che hanno la possibilità di incidere in maniera sostanziale sulla diminuzione dei consumi del settore domestico misurati dagli indici di prestazione energetica sono quelli strutturali e di svariata natura, per esempio: • isolamento di pareti esterne, coperture, solai, serramenti, cassonetti, superfici vetrate; • sostituzione delle caldaie o della rete di distribuzione del calore con sistemi a più alta efficienza, montaggio di sistemi di regolazione della temperatura interna; • installazione di sistemi solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria, etc.. • Tutti questi interventi, potendo ridurre l’indice di prestazione energetica degli edifici, sono potenzialmente idonei a maturare i requisiti necessari per accedere al premio sulle tariffe incentivanti spettanti agli impianti fotovoltaici. In particolare, nell’attestato di certificazione (qualificazione) energetica dell’edificio o unità immobiliare, saranno indicati quali interventi sono raccomandati per conseguire una sensibile riduzione del fabbisogno energetico. • la legge finanziaria 2007 (L. 296/2006) ha introdotto delle forme di agevolazione degli interventi di efficientamento del settore residenziale (peraltro cumulabili con le tariffe del conto energia) che li rendono ulteriormente convenienti. In particolare è prevista una detrazione fiscale del 55% delle spese sostenute per la riduzione delle dispersioni termiche degli edifici, l’installazione di pannelli solari per la produzione di acqua calda, l’installazione di caldaie a condensazione e gli interventi realizzati a ottenere un’alta efficienza energetica nei nuovi edifici.