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GLOSSARIO - PANNELLI FOTOVOLTAICI 1. Il modulo fotovoltaico Il modulo fotovoltaico è il componente elementare dei sistemi fotovoltaici ed è ottenuto dalla connessione elettrica in serie di più celle in silicio cristallino. I moduli fotovoltaici più comuni sono costituita da 36 celle connesse in serie, assemblate fra uno strato superiore di vetro ed uno strato inferiore di materiale plastico (Tedlar) e racchiuse da una cornice in alluminio. Nella parte posteriore del modulo è collocata una scatola di giunzione in cui vengono alloggiati i diodi di by-pass ed i contatti elettrici. Il modulo fotovoltaico ha una dimensione di circa 1.6 mq e produce 250-300 Watt picco di potenza. Un kilowatt di picco di moduli fotovoltaici composto da circa 4 pannelli produce in media 1400 kwh allo nelle regioni meridionali. Il modulo fotovoltaico è una struttura robusta in grado di garantire molti anni di funzionamento. 2. Il generatore fotovoltaico Il generatore fotovoltaico è il cuore del sistema e produce corrente a tensione continua (per il collegamento in rete è necessario trasformare la tensione continua in alternata). Un impianto fotovoltaico comprende una gran varietà di componenti tra cui: • I moduli fotovoltaici • Le strutture portanti e i materiali di fissaggio • Diodi di bypass e diodi di blocco • Fusibili, sistemi di protezione da sovraccarico (parafulmine) • Interruttori, cavi e scatola di giunzione. L’energia elettrica prodotta in corrente continua dal generatore viene convertita in corrente alternata da un inverter. L’energia prodotta viene consumata dall’utenza elettrica o scambiata con la rete elettrica locale o nazionale grazie ad un sistema di contatori. 3. Sistemi connessi alla rete elettrica I sistemi fotovoltaici connessi alla rete possono scambiare energia elettrica con la rete elettrica locale o nazionale. Il principio della connessione alla rete è quello dello scambio in due direzioni di energia elettrica: se la produzione del campo fotovoltaici eccede per un certo periodo di consumo, tale eccedenza di energia viene inviata dalla rete. Nelle ore in cui il generatore non fornisce energia elettrica sufficiente per soddisfare in carico, l’elettricità è acquistata dalla rete. Questo meccanismo è reso possibile dalla presenza di due contatori che stabilizzano l’energia scambiata nelle due direzioni. 4. Sistemi integrati negli edifici I sistemi fotovoltaici godono dal punto di vista architettonico di una serie di prerogative che li rendono unici per l'applicazione architettonica in ambiente urbano. Impianti fotovoltaici sono stati installati su qualunque superficie ed hanno dimostrato una ottima adattabilità a diverse tipologie di edificio. Gli interventi di integrazione architettonica si distinguono prima di tutto a seconda del tipo di superficie dell'edificio utilizzata per l'impianto (tetto piano, tetto inclinato, facciata). Inoltre si distingue tra sistemi fotovoltaici retrofit, che vengono applicati in contesti edilizi già esistenti, e sistemi fotovoltaici integrati già dalla fase di progettazione dell'edificio. Per quanto riguarda l'applicazione su tetti piani esistono già varie tipologie d'impianto e sono prevalentemente applicazioni retrofit. Avendo a disposizione delle superfici piane si può facilmente provvedere ad inclinare ed orientare nel miglior modo possibile il sistema fotovoltaico sostenendolo con strutture di supporto studiate a seconda dell'applicazione. Nel caso di tetti inclinati sono sicuramente necessari sforzi ulteriori per trovare un componente architettonico valido per le tipologie edilizie italiane. In particolare, notevoli sforzi sono dedicati allo sviluppo di una vera e propria "tegola fotovoltaica". Tra le sue diverse prerogative, la tegola fotovoltaica consente al progettista di effettuare un intervento sul costruito con un livello di integrazione estetica simile a quello di un sistema integrato in fase di costruzione dell'edificio. Per le facciate le applicazioni fotovoltaiche dovrebbero essere prese in considerazione già nella fase di progettazione dell'edificio in quanto parametri quali l'orientamento e l'inclinazione risultano predefiniti. 5. Posizione dei moduli fotovoltaici nello spazio (angolo di inclinazione rispetto all'orizzontale ed angolo di orientamento rispetto al Sud). La posizione dei moduli fotovoltaici rispetto al sole influisce notevolmente sulla quantità di energia captata e quindi sulla quantità di energia elettrica generata. I parametri che direttamente influiscono sul fenomeno sono: angolo di inclinazione rispetto al terreno (angolo di tilt) angolo di azimut (orientamento rispetto al sud). L’ esposizione ottimale per le regioni del sud è di circa 30° di inclinazione (tilt) e 0° di azimut cioè a sud perfetto. 6. Efficienza dei moduli fotovoltaici L'efficienza di trasformazione dell'energia solare in energia elettrica è data dal rapporto tra la potenza elettrica in uscita e la potenza della radiazione solare incidente. Ovviamente entrambe cambiano in funzione delle condizioni di irraggiamento solare. Come riferimento, si usano le condizioni standard di insolazione (potenza della radiazione incidente pari a 1000W/m², temperatura del modulo di 25 °C). Se si indicano con h l'efficienza, A l'area del modulo, Pel la potenza elettrica generata dal modulo fotovoltaico si può scrivere la relazione: h = Pel x100/ (A/1000).  Ad esempio, un modulo da 1 mq con un'efficienza del 10% genera, in condizioni standard, genera una potenza elettrica (corrente continua) ai suoi morsetti di 100 Watt; 10 metri quadrati di moduli forniscono 1 kWp di potenza elettrica. Un modulo fotovoltaico da 1,65 mq con un’efficienza del 15.5 % genera in condizioni standard una potenza elettrica di 250 Watt. In questo caso per produrre 1 kWp sono necessari 6.6 metri quadrati di moduli. 7. Efficienza del BOS L'efficienza d'impianto è influenzata in maniera consistente dai componenti elettrici necessari per il trasferimento dell'energia prodotta dal modulo fotovoltaico all'utenza. Si parla in termini tecnici di efficienza del BOS. Un valore dell' 85% è generalmente considerato accettabile. Il dispositivo che causa la riduzione della potenza effettivamente utilizzabile all'utenza è l'inverter ed il resto è dovuta alla perdita nei cavi e nei componenti elettrici. 8. Centrali fotovoltaiche Le centrali fotovoltaiche sono tipicamente costituita da centinaia o migliaia di moduli di grandi dimensioni connessi in serie/parallelo, installati a terra su strutture in cemento armato e acciaio. Con gli attuali valori dell’efficienza di trasformazione dell’energia solare in elettrica, una centrale da megawatt, capace di fornire energia ad un migliaio di utenti, si estenderebbe su un’area grande come quattro campi di calcio. L’impegno del territorio è dovuto per metà delle aree effettivamente occupate dai moduli fotovoltaici, e per l’altra metà dalle aree necessarie per evitare l’ombreggiamento reciproco delle file di moduli.