Sapete bene quanto sono importanti i pannelli fotovoltaici per le energie rinnovabili; sono forse il simbolo di tutto un movimento che si concentra su delle forme di energia alternative che potrebbero soppiantare le fonti fossili per un futuro più ecosostenibile per il nostro pianeta.
In questo articolo proveremo a trasmettervi tutte le informazioni più interessanti riguardo ai pannelli solari, sperando di convincervi almeno a farvi fare un preventivo per un’installazione a casa vostra!
Introdurremo le generalità di questa tecnologia e alcuni semplici dati di mercato (non vi spaventate se vedete la data 2014, purtroppo l’analisi dei dati è un processo lungo e difficile e non ho trovato dati più recenti, ma questi, a nostro avviso, danno una buona visione d’insieme della tecnologia anche ai giorni nostri); parleremo prima delle celle fotovoltaiche e cioè gli elementi principali di un pannello; vi spiegheremo il funzionamento e le varie tipologie di celle esistenti, per poi passare ai veri e propri impianti fotovoltaici, differenziando le tipologie stand-alone e grid connected e dei criteri di dimensionamento per realizzare un impianto fai da te (per cui ci dovremo soffermare sull’inverter, sulle batterie e sugli accumulatori); l’articolo si concluderà citando prezzi e incentivi di un impianto fotovoltaico.
L’energia solare copre l’1% della domanda di elettricità mondiale, il che equivale a 33 grandi centrali termoelettriche a carbone.
Nel 2014, per la prima volta, l’Europa ha rappresentato meno della metà del totale mondiale, per quanto riguarda la potenza cumulata, e cioè tutti gli impianti solari presenti a quella data, partendo da quelli costruiti nel 2000; in netta ascesa ci sono i paesi APAC (Asia Pacific e cioè le nazioni presenti in Asia e in Oceania); la Cina è esclusa da questo gruppo perché copre da sola quasi l’intera produzione dei paesi APAC.
Per quanto riguarda la potenza installata, che quindi riguarda solamente l’anno 2014 l’Europa ha rappresentato poco più del 15% del mercato mondiale (mentre era oltre il 70% nel 2011), mentre Cina ed Asia hanno coperto il 60% del mercato mondiale (erano il 16% nel 2011).
Proprio nel 2011, in Europa, è stato il nostro paese il protagonista principale per l’installazione di impianti fotovoltaici, spezzando il predominio tedesco, che comunque rimane il paese con la potenza cumulata maggiore (38,2 GW su un totale di 178 GW); quando parliamo di potenza cumulata, non dovete immaginare solamente quella generata dai pannelli fotovoltaici che vedete sui tetti delle case (minori di 10 kW), ma pensare anche agli impianti commerciali (tra i 10 e i 250 kW) e quelli industriali (superiori ai 250 kW).
Le prospettive al 2019 sono incoraggianti, in quanto il potenziale cinese potrebbe quadruplicare, quello degli Stati Uniti triplicare e quello europeo raddoppiare.
Per quanto riguarda l’Italia, esistono delle cartine solari che illustrano alla perfezione quali sono le zone con le migliori potenzialità per ospitare degli impianti solari, che dividono la nostra penisola in base alla radiazione solare che arriva sulla terraferma, che è in pratica l’energia solare che può essere convertita in elettrica: al Sud si riuniscono le regioni che ricevono la maggior radiazione solare (da 1300 a 1800 kWh/m²), capeggiate dalla Sicilia, che è seguita in ordine dalla Sardegna e dalla Calabria; questi dati però non coincidono con le effettive potenze fotovoltaiche installate!
Al primo posto infatti c’è la Puglia (circa 2,5 GW sui 18 totali), mentre sul podio si classificano Lombardia (2 GW) ed Emilia Romagna (1,8 GW); una divergenza incomprensibile! La tipologia predominante di installazione è a terra, seguita dai pannelli installati sui tetti e da quelli installati su serre e pensiline (sono dati che comunque variano da regione a regione).
La vendita dei pannelli fotovoltaici è in continua crescita poiché sono una tecnologia rinnovabile di grande affidabilità.
I pannelli solari sono infatti venduti con una garanzia dell’80% delle prestazioni iniziali dopo 25 anni! Sono tecnologie che sono state utilizzate in ambienti difficoltosi dove l’affidabilità rappresenta sicuramente una delle priorità, come ad esempio per l’alimentazione dei satelliti e come applicazioni di sicurezza tramite segnalazioni luminose.
I test a cui sono sottoposti i moduli riguardano i cicli termici (da –40 a +80°C), l’esposizione ad umidità e altre prove elettriche. Il tasso di degrado dell’efficienza è valutato fra 0,5% e l1%/anno.
I principi fisici che ci sono dietro al funzionamento delle celle solari li lasciamo a chi vuole approfondire l’argomento, perché colmi di formule e concetti non adatti al lettore comune (si veda ad esempio l’effetto fotovoltaico).
Come funziona un pannello?
l componente elementare del generatore è la cella fotovoltaica in cui avviene la conversione della radiazione solare in corrente elettrica; la cella è costituita da una sottile fetta di materiale semiconduttore, generalmente silicio.
In mancanza di un circuito le cariche elettriche si accumulano alle estremità della cella fino a creare una differenza di potenziale; connettendo la giunzione con un conduttore esterno, si ottiene un circuito chiuso, in cui scorre corrente continua.
La corrente fluisce naturalmente dallo strato a potenziale maggiore (strato p), verso lo strato a potenziale minore (strato n), alimentando il carico con un flusso di elettricità regolare (che può essere inteso come l’impianto elettrico di casa vostra), fino a che la cella resta illuminata dalla luce solare.
Analizzando il bilancio energetico della cella, ci si accorge che il suo rendimento è molto basso (tra il 15% e il limite teorico del 33,7%), questo vuol dire che solo una piccola porzione dell’energia proveniente dal Sole viene convertita in energia elettrica), poiché ci sono numerose perdite, come ad esempio quelle per riflessione e ombreggiamento di alcune componenti della cella e quelle elettriche per la conduzione (che non sono comunque i deficit più importanti).
Più nel dettaglio un modulo standard è così formato (dall’alto verso il basso):
- una lamina trasparente (solitamente in vetro temperato) di protezione sul lato esposto alla luce;
- un materiale di incapsulamento per evitare il contatto diretto vetro-cella, ed isolare elettricamente la
- cella dal resto del modulo (in EVA, VinilAcetato di Etilene, o in PVB, polivinilbutilene);
- la cella descritta in precedenza;
- un substrato di supporto posteriore (vetro, metallo, plastica) che ospita i contatti posteriori;
- una cornice metallica (telaio), usualmente in alluminio.
Come detto, i panelli fotovoltaici in silicio cristallino rappresentano nettamente la maggioranza di produzione sul mercato (89%); esistono altri elementi che vengono utilizzati per costruire le celle, come il silicio amorfo e il tellururo di cadmio, ma sono una percentuale davvero bassa.
Quelli in silicio fanno parte della prime generazione di pannelli solari che possono essere classificati grazie a caratteristiche come lo spessore (tra i 100 e 150 nanometri), l’alta qualità dei materiali ma che necessitano anche di alte temperature e quindi di elevati fabbisogni energetici per essere realizzati.
La seconda generazione si differenzia soprattutto per lo spessore più sottile (1 nanometro) e per costi di produzione inferiori.
La terza e ultima generazione si riferisce a diverse tecnologie, non ancora pienamente disponibili sul mercato, caratterizzate da costi bassi o efficienze molto elevate, come le celle muntigiunzione, le celle a concentrazione e i polimeri semiconduttori.
Come si passa da una semplice cella a un intero pannello?
Una cella fotovoltaica in silicio cristallino ha un’area di circa 15 x 15 cm (225 cm²) e nelle condizioni di funzionamento standard sviluppa una potenza di 3.5-4 W; in commercio si trovano i moduli fotovoltaici che sono costituiti da un insieme di celle, con una superficie che varia da 0.5 a 1 m²; collegando in serie più celle si ottengono valori di tensione più alti, mentre collegandole in parallelo aumenta la corrente.
In genere si hanno 36 o 64 o 72 celle per una potenza totale che oscilla tra i 100 e i 200 W. Più moduli collegati tra loro meccanicamente ed elettricamente formano un pannello, ossia una struttura comune ancorabile al suolo o ad un edificio.
Questi pannelli solari possono essere collegati alla rete elettrica nazionale oppure impiegati da soli. Nel primo caso, le strutture e i collegamenti sono realizzati con materiali e tecnologie già ampiamente conosciute e diffuse; i pannelli solari sono collegati a un inverter che è a sua volta collegato al quadro elettrico.
L’inverter riceve la corrente continua generata dai pannelli solari e la trasforma in corrente alternata utilizzabile nella vita quotidiana; allo stesso tempo però, controlla che i moduli fotovoltaici funzionino sempre al massimo delle loro possibilità (in funzione di irraggiamento solare e della temperatura) e monitora la rete pubblica a cui è collegato l’impianto, per assicurare il rispetto dei vari standard di sicurezza.
L’efficienza dell’inverter è un parametro fondamentale nel calcolo del rendimento di un impianto fotovoltaico. Nel secondo caso, gli impianti vengono detti stand-alone, ed erano i più diffusi fino all’introduzione delle prime leggi sul “conto energia”, che non presentavano incentivi agli impianti non connessi in rete.
Ora sono in genere confinati agli impieghi in zone non raggiunte dalle reti elettriche, per cui ai normali componenti bisogna aggiungere delle batterie o degli accumulatori. Queste batterie per l’accumulo dell’energia autoprodotta con il proprio impianto fotovoltaico, servono ad immagazzinare quell’energia prodotta in eccesso durante il giorno (quando magari non siamo in casa e quindi non ci serve) ed utilizzarla quando il sole non c’è più (ad esempio la sera).
Si tratta di accumulatori di tipo elettrochimico che hanno caratteristiche molto utili per un impianto fotovoltaico; ad esempio funzionano in modo continuo, garantendo una costante capacità di accumulo e allo stesso tempo un’erogazione elettrica sufficiente per le esigenze degli utenti.
La misura della carica elettrica (o capacità) di una batteria è espressa in Ah (ampère-ora), che indica il prodotto del tempo per l’intensità di corrente che la batteria è in grado di immagazzinare o produrre alla tensione nominale.
Esiste una terza possibilità e cioè i sistemi ad accumulo collegati alla rete che necessitano di una componente aggiuntiva come il regolatore di carica: ad esempio in un kit casalingo da 3 kWh con accumulo, lo schema di collegamento prevede chiaramente i pannelli solari che sono collegati al regolatore di carica; esso è messo in contatto con l’inverter che a sua volta permette lo scambio automatico di energia tra due componenti cui è connesso, le batterie per l’accumulo e la rete elettrica, che a fasi alterne andranno ad alimentare i carichi.
Il regolatore di carica permette in questo caso di trasmettere una corrente costante, prelevandola dai pannelli e trasferendola agli inverter o alle batterie; allo stesso tempo interrompe la carica delle batterie quando queste sono completamente cariche e disconnette i carichi quando le batterie son scariche; in pratica evita i sovraccarichi e lo stato di scarica profonda delle batterie, aumentando considerevolmente la loro durata di vita utile.
Soluzioni fai da te per abbassare i prezzi?
Siete incuriositi e volete approfittare della buona posizione del vostro tetto o dell’esposizione dei vostri balconi per migliorare la vostra casa con un impianto fotovoltaico, ma allo stesso tempo siete spaventati dai prezzi degli installatori?
Esistono delle soluzioni fai da te, che se realizzate in maniera opportuna, garantiscono un notevole risparmio in termini economici. Autoprodurre tutta o buona parte dell’energia necessaria al proprio fabbisogno energetico è un’ottima soluzione, sia in termini economici che ambientali.
I costi di installazione hanno ormai raggiunto i 1700 euro/kW (“chiavi in mano” cioè quando l’appaltatore parte da zero e consegna poi l’impianto completo di certificazioni e pronto all’uso). La soluzione fai da te può far abbassare questi costi!
Innanzitutto bisogna chiarire due aspetti riguardanti le autorizzazioni necessarie e il collegamento alle rete elettrica nazionale. Se i pannelli utilizzati si possono rimuovere non necessitano di alcuna autorizzazione del Comune di residenza; nel caso invece i pannelli si fissino sul tetto dell’abitazione, basta una semplice comunicazione preventiva all’ufficio tecnico comunale.
State quindi tranquilli! Per i piccoli impianti domestici, le autorizzazioni non sono un problema. Neanche per quanto riguarda gli impianti realizzati nei condomini ma che servono solo alcuni appartamenti (non centralizzati), poiché basta l’autorizzazione del condominio stesso.
Allo stesso modo, se non volete connettervi alla rete potete non farlo perché chiaramente non è una procedura obbligatoria. Rimanendo sconnessi dalla rete Enel, l’impianto non immetterà mai energia verso l’esterno, ma l’utente potrà comunque prelevare energia elettrica dalla rete ogni qualvolta ne avrà bisogno.
Il vantaggio consiste nel non doversi preoccupare della burocrazia e dei costi dell’allacciamento alla rete; di contro non è possibile immettere nella stessa l’energia prodotta in eccesso, il che può portare a uno spreco dei kilowattora prodotti in più, a meno che non si disponga di uno strumento di accumulo come una batteria.
Costruire dei pannelli solari è un compito, a nostro avviso, troppo arduo per qualsiasi persona senza le adeguate competenze e strumentazioni.
Ecco perché l’idea migliore è utilizzare pannelli usati oppure acquistarne di nuovi e disporli in serie o in parallelo, a seconda dell’esigenza. Esistono alcune fasi della realizzazione di un impianto fotovoltaico che possono essere eseguite dagli amanti del bricolage per risparmiare sulla spesa totale (si escludono ad esempio le fasi come la connessione elettrica alla rete e l’ottenimento delle certificazioni necessarie, poiché bisogna sempre farsi aiutare da operatori e tecnici abilitati).
Ad esempio, però, la scelta delle componenti e la parte burocratica possono essere seguite da ognuno di noi, andiamo a vedere come.
Come detto, se non si è elettricisti o progettisti abilitati, l’allacciamento alla rete non può essere fatto da voi in prima persona. La fase della fornitura, di cui fanno parte l’acquisto dei pannelli, delle strutture di supporto, dell’inverter e dei materiali di cablatura, può invece essere svolta da chiunque abbia un minimo di preparazione sul tema (e può far risparmiare notevolmente sul costo finale).
In commercio esistono dei kit preconfezionati adatti a tale scopo. Il passo successivo consiste nello scegliere adeguatamente il proprio progettista e l’elettricista di fiducia per assicurarsi una corretta realizzazione dell’impianto fotovoltaico.
Andiamo a concentrarci allora sull’acquisto delle componenti; si possono comprare separatamente oppure in questi appositi kit, che sono spesso delle soluzioni pronte all’uso, acquistabili on-line.
Quest’ultima è la soluzione più apprezzata, perché garantisce elementi di qualità che sicuramente sono compatibili tra di loro (se invece vi sentite abbastanza pronti per acquistare su internet componente per componente, sappiate che è sicuramente più difficile, ma economicamente ne trarrete un ulteriore vantaggio).
Acquistando un kit fotovoltaico siete sicuri di aver tutto quello che ci vuole per una corretta installazione dell’impianto; chiaramente non ce ne sono di un solo tipo, perché le varianti possono essere diverse: con o senza accumulo/batterie, stand-alone oppure dotato di cablaggi per la connessione alla rete, che si integra all’impianto di casa o che si collega solamente al ‘impianto di illuminazioni (in corrente continua, non necessita dell’inverter).
Ad esempio un kit fotovoltaico con una potenza da 3 KW, che può garantire un minimo di autonomia energetica per una famiglia comprende:
- dai 12 ai 14 pannelli solari, ognuno da 200-250 Wf
- 1 inverter AC/DC monofase
- sostegni in alluminio per fissare i moduli sul tetto
- cablaggi e connettori per collegare il tuttof
Sul mercato si trovano kit fino ai 20 KW di potenza, adatti quindi a ogni esigenza.
Incentivi e detrazioni fiscali per pannelli fotovoltaici
Passiamo ora alla seconda fase che un privato cittadino può svolgere per abbassare il prezzo di un impianto fotovoltaico: la presa in gestione di tutte le pratiche burocratiche con il Gestore dei Servizi Energetici (GSE), con l’ente di distribuzione (se decideste di collegarvi alla rete nazionale) e con l’Agenzia delle Entrate, così da ottenere le detrazioni fiscali competenti a beneficio degli impianti domestici.
Le pratiche da sbrigare con il GSE riguardano la vendita dell’energia auto-prodotta in eccesso e vengono dette di “scambio sul posto” o di “ritiro dedicato”; fortunatamente si possono adempiere totalmente online e il sito della GSE mette a disposizione un’ottima guida per il loro svolgimento. Anche le pratiche con l’Enel sono gestibili autonomamente per i piccoli impianti e in questo caso conviene contattare in modo diretto “Enel Distribuzione”.
Le detrazioni fiscali ottenibili dall’Agenzia delle Entrate si ricevono nel caso il pagamento di ciascuna fase, dall’acquisto dei materiali fino ai costi di installazione, venga corrisposto tramite bonifico bancario, indicando partita iva e codice fiscale di venditore e acquirente.
ATTENZIONE PERO’! Bisogna assicurarsi che i lavori di ristrutturazione siano detraibili ai sensi dell’art. 16-bis del D.P.R. 917/1986 e poi indicare nella causale del versamento che si tratta proprio di un intervento per la riqualificazione energetica dell’edificio.
L’efficacia dell’impianto dipende dal tipo di installazione che si desidera applicare. Se state pensando solamente a qualche pannello da installare sul balcone o in giardino non avrete bisogno di particolari autorizzazioni e potrete tranquillamente godere del fatto di auto-sostentarvi energeticamente in alcuni periodi dell’anno. Anche i prezzi dipendono chiaramente dal tipo di impianto.
Per ricondurci all’esempio di prima, il costo di un kit fotovoltaico da 3 KW può variare tra i 2500 e i 5000 euro. Le offerte commerciali sono diverse e si differenziano in base alle diverse società che mettono a disposizione gli elementi principali come i moduli fotovoltaici e gli inverter, anche di differenti potenze e tipologie.
I costi in generale sono comunque in ribasso, tanto che negli ultimi 6 anni sono scesi di due terzi, ma ad oggi ci si concentra più sull’ottimizzazione del rapporto qualità-prezzo dato che un ulteriore abbassamento dei prezzi non sarebbe sostenibile.
A parità di spesa rispetto a 5 o 6 anni fa, ora si può ottenere in più un piccolo sistema di accumulo e delle apposite schede elettroniche che ottimizzano i consumi (minimizzando gli sprechi); un punto d’incontro fra domotica e energie rinnovabili.
Gli incentivi sono quasi completamente scomparsi, infatti noi abbiamo parlato più che altro di detrazioni fiscali, ma la concorrenza nel mercato internazionale (Cina in primis e poi India sono due paese fortemente emergenti in questo ambito) non può che far bene allo sviluppo della tecnologia fotovoltaica.
L’Unione Europea ha però deciso, dal 2013, di imporre delle misure anti-dumping (anti-concorrenza) per fronteggiare la minaccia dei prodotti cinesi.
I dazi doganali sulle importazione dei pannelli provenienti dalla Cina hanno un valore minimo di 45 centesimi al watt.