Gli elementi di un impianto fotovoltaico

Dalla cella al generatore

Il componente base di un impianto fotovoltaico è la cella fotovoltaica, che è in grado di produrre circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25°C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione pari a 1000 W/m². La potenza in uscita da un dispositivo FV quando esso lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) ed è un valore che viene usato come riferimento.

Più celle assemblate e collegate tra di loro costituiscono un modulo fotovoltaico. Solitamente esso è costituito dal collegamento in serie di 36 celle che consente di ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma spesso vengono utilizzati anche moduli costituiti da un numero di celle molto più alto e di conseguenza di potenza più elevata (fino a 200 Watt per ogni singolo modulo). Un singolo pannello è costituito da più moduli. A seconda della tensione necessaria all'alimentazione delle utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una stringa. Più stringhe collegate in parallelo costituiscono il generatore fotovoltaico. Il trasferimento dell'energia dal sistema fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System).

Impianti a isola (stand-alone) e impianti connessi alla rete di distribuzione (grid-connect)

Quali sono le differenze che distinguono tra loro gli impianti fotovoltaici?

Gli impianti fotovoltaici possono essere classificati in due grandi famiglie: quelli a isola (non collegati alla rete di distribuzione elettrica) e quelli connessi alla rete di distribuzione. I primi vengono installati per produrre energia elettrica destinata ad alimentare utenze elettriche non collegate alla rete di distribuzione: essendo tali impianti autosufficienti, sono spesso le soluzioni ideali per edifici molto isolati (rifugi alpini), lampioni o semafori posti in luoghi distanti dalla rete elettrica nazionale.



I secondi hanno invece la particolarità di lavorare in regime di interscambio con la rete elettrica locale. In pratica, nelle ore di luce, l'utenza consuma l'energia elettrica prodotta dal proprio impianto fotovoltaico, mentre in assenza di luce oppure se l'utenza richiede più energia di quella che l'impianto è in grado di fornire, sarà la rete elettrica nazionale a garantire l'approvvigionamento dell'energia elettrica necessaria. Inoltre, nel caso in cui l'impianto fotovoltaico produca più energia di quella richiesta dall'utenza, tale energia potrà essere immessa in rete (con un beneficio economico dal momento che verrà a tutti gli effetti venduta al gestore della rete elettrica nazionale). In questo caso si parla di cessione delle "eccedenze" alla rete elettrica locale.

Componenti di un impianto fotovoltaico a isola (stand-alone)

I componenti che costituiscono un impianto fotovoltaico a isola sono:
- il campo o generatore fotovoltaico che intercetta la luce del sole (da 1 a più stringhe, in base alla dimensione del campo) e genera energia elettrica
- un quadro elettrico di campo e di manovra che permette di effettuare le eventuali connessioni di parallelo delle stringhe e in cui alloggiano i dispositivi di sezionamento e protezione del campo fotovoltaico e del/degli inverter a valle
- un regolatore di carica per assicurare il funzionamento ottimale della batteria di accumulo
- una batteria di accumulo che consente di immagazzinare l'energia elettrica generata dal campo fotovoltaico e utilizzarla quando richiesto dall'utenza
- un inverter che trasforma l'energia elettrica generata dal campo fotovoltaico e immagazzinata nella batteria (corrente DC o corrente continua) in corrente alternata (corrente AC) pronta all'uso
- i cavi di connessione tra il campo, l'inverter e i quadri elettrici

Schema di un impianto fotovoltaico stand-alone

Componenti di un impianto connesso alla rete locale (grid-connected)

I componenti che costituiscono un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:
- il campo o generatore fotovoltaico che intercetta la luce del sole (da 1 a più stringhe, in base alla dimensione del campo) e genera energia elettrica
- un quadro elettrico di campo e di manovra che permette di effettuare le eventuali connessioni di parallelo delle stringhe e in cui alloggiano i dispositivi di sezionamento e protezione del campo fotovoltaico e del/degli inverter a valle
- un inverter che trasforma l'energia elettrica generata dal campo fotovoltaico e immagazzinata nella batteria (corrente DC o corrente continua) in corrente alternata (corrente AC) pronta all'uso
- un quadro elettrico di interfaccia con i comandi e i sistemi di protezione relativi alla rete locale
- un contatore di energia prodotta dall'impianto fotovoltaico - un contatore bidirezionale che misura la quantità di energia elettrica ceduta dall'impianto fotovoltaico alla rete locale e la quantità prelevata e consumata dalla rete locale
- i cavi di connessione tra il campo, l'inverter e i quadri elettrici

Schema di un impianto fotovoltaico grid-connected