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Business Plan [Analisi dei costi e dei ricavi] di un impianto fotovoltaico da 100 kWp 
tariffe incentivanti anno 2010
regime di Scambio sul Posto
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Business Plan [Analisi dei costi e dei ricavi] di un impianto fotovoltaico da 4,5 kWp 
tariffe incentivanti anno 2010
regime di Scambio sul Posto
totalmente integrato

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Business Plan [Analisi dei costi e dei ricavi] di un impianto fotovoltaico da 150 kWp 
tariffe incentivanti anno 2010
vendita dell'energia
parzialmente integrato

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I pannelli fotovoltaici

 

I pannelli fotovoltaici sono il componente elementare di un generatore fotovoltaico, formato da più pannelli collegati tra loro in modo da ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi.

 

 

Caratteristiche dei pannelli fotovoltaici

Per la valutazione dei pannelli fotovoltaici occorre conoscere le loro caratteristiche e le loro prestazioni elettriche.

 

  

Struttura dei pannelli fotovoltaici

Nei pannelli fotovoltaici le celle sono protette dagli agenti atmosferici da un vetro e sul lato posteriore da materiali isolanti e plastici.

Le inter-connessioni saldate alla superficie di ogni cella sono essenziali per collegare le celle tra di loro. Le celle vengono protette da due strati di EVA (Etilene Vinyl Acetate) che, oltre a proteggere per almeno 25 anni le celle, ritardano anche il fenomeno d’ingiallimento dovuto ai raggi UV. La superficie anteriore viene protetta con una lastra di vetro temperato con elevate caratteristiche ottiche che oltre a proteggere il pannelli dalle intemperie trattiene la luce e riduce l’effetto di riflessione. La superficie posteriore viene protetta con uno strato plastificato per rendere il pannelli impermeabile all’ossigeno ed all’acqua. Il processo di laminazione permette di ottenere un corpo unico compatto e sigillato: infatti, una cornice in alluminio tiene ben saldi tutti gli elementi del pannello, che a sua volta può essere collegato ad altri pannelli tramite dei fori. Una scatola di connessione, saldata e sigillata nella parte posteriore dei pannelli, permette il collegamento elettrico con altri pannelli.

 

Dimensioni dei pannelli fotovoltaici 

Normalmente le dimensioni dei pannelli da 180 Wp sono 1650 x 850 mm, mentre quelle dei pannelli da 220 Wp sono 1700 x 1000 mm.

Il numero massimo di celle contenute in un pannello è limitato soprattutto dalla necessità di avere pannelli facilmente maneggiabili. Il peso e le dimensioni dei pannelli devono essere tali da permettere il montaggio anche in condizioni difficili e con poche persone.

Una cella fotovoltaica ha generalmente forma quadrata di dimensioni 10x10 cm, 12,5x12,5 mm o 15x15 cm; lo spessore della cella varia tra 0,25 e 0,35 mm.

Indicativamente per istallare un impianto fotovoltaico da 1 kWp occorre:

• dai 7 ai 9 mq con pannelli monocristallini;
• dagli 8 agli 11 mq con pannelli policristallini;
• dagli 11 ai 13 mq con pannelli a film sottile o silicio amorfo.

Tipi di montaggio

Per completare il sistema fotovoltaico sono necessarie:

• eventuali strutture mobili per orientare i pannelli in direzione del sole (Inseguitore solare);
• strutture fisse piane o inclinate per il posizionamento dei pannelli sulle superfici.

 

Potenza dei pannelli fotovoltaici

I pannelli oggi più comuni in commercio hanno una potenza di picco compresa tra gli 80 e i 300 Wp.

Il termine “potenza di picco” indica la massima potenza che la cella fotovoltaica genera in condizioni di lavoro ottimali. Tale grandezza viene indicata con l’unità di misura Wp ed esprime la potenza elettrica generata (in Watt) in condizioni standard. Infatti, la potenza di picco viene definita in base a delle condizioni di funzionamento standard, le quali corrispondono ad irraggiamento di 1.000 W/mq e ad una temperatura della cella di 25°C.

In tali condizioni, una cella di 100 cm2 (10 cm x 10 cm) e con un’efficienza pari al 15% genera una potenza di 1,5 W. La potenza è quindi direttamente proporzionale alle dimensioni della cella. Per tale ragione, celle due volte più grandi hanno il doppio di potenza.

Per calcolare, invece, quanti pannelli occorrono per un impianto si divide il numero di Watt richiesti per il valore di picco del pannelli scelto (Es: 1.000 Wp : 175Wp =5,71 pannelli). Oltre alle condizioni standard ci sono, inoltre, altre varianti che possono influenzare la potenza di picco, come ad esempio la tolleranza dichiarata dal costruttore. Il valore di picco è molto importante: infatti, rappresenta un impegno del costruttore che certifica i suoi dati.

 

Certificazione dei pannelli fotovoltaici  

I pannelli fotovoltaici devono essere certificati (rispetto delle normative IEC 61215 e della classe di isolamento Safety Class II). Le certificazioni vengono rilasciate da Istituti accreditati. Oltre alle caratteristiche elettriche e le specifiche tecniche occorre conoscere anche i parametri delle condizioni ambientali (i limiti di temperatura e di umidità entro i quali i pannelli possono operare). Normalmente i pannelli possono operare da -40° a +90 °C con un massimo di umidità fino al 90%. Un elemento importante per il dimensionamento del sistema e la scelta dell’inverter è l’influenza della temperatura sulle prestazioni elettriche. Le case produttrici indicano una serie di coefficienti in % di quanto possono variare la tensione, la corrente ed i Watt di picco col variare della temperatura rispetto ai 25°C.

 

Prezzi dei pannelli fotovoltaici

Il prezzo dei pannelli fotovoltaici incide per un 60% sull’itero costo di un impianto fotovoltaico.

Il costo dell’impianto fotovoltaico dipende dalle dimensioni, cioè dalla taglia in kWp, e il prezzo dei pannelli dipende dalla qualità del pannelli e dalla tecnologia utilizzata (in silicio monocristallino, in silicio policristallino, in silicio amorfo o a film sottile).

Il prezzo di pannelli di medio – alta qualità o di pannelli di bassa qualità varia indicativamente solo del 15%.

Per quel che riguarda la tecnologia i pannelli più costosi sono quelli in silicio (monocristallino o policristallino), mentre i meno costosi sono quelli in silicio amorfo.

Il prezzo dei pannelli fotovoltaici normalmente viene espresso in € su Watt.

Quotare il prezzo di un impianto fotovoltaico a priori è difficile perché dipende ma molte variabili. Indicativamente si può considerare il costo di un impianto fotovoltaico in silicio per:

un impianto fotovoltaico da 3 kWp pari a 19 - 20.000 €,

un impianto fotovoltaico da 20 kWp pari a 120 - 130.000 €.

Il costo indicativo chiavi in mano per 1KWp è quindi di circa 6.000 / 7.000 € + IVA. Il prezzo diminuisce all'aumentare delle dimensioni dell'impianto fino a raggiungere valori inferiori ai 5.000 €/kWp per impianti su terreno da alcuni MegaW con pannelli a bassa efficienza. 

§             Costo progettazione: dal 3% al 5%

§             Costo struttura, telaio: dal 7 all’8%

§             Costo manodopera: dall’8% al 10%

§             Costo inverter e cavi: dal 10% al 12%

§             Costo pannelli fotovoltaici: dal 63% al 65%

 

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Efficienza dei pannelli fotovoltaici

L’efficienza di conversione è il rapporto espresso in % tra l’energia solare raccolta dalla superficie dei pannelli foto-voltaico e la potenza di picco Wp prodotta.

L’efficienza dei pannelli determina i mq necessari per fare i KWp richiesti. (ad esempio, da 7 a 8,2 m2 per avere 1 KWp se si utilizzano pannelli in silicio monocristallino)

 

                                        Potenza di picco (Wp) x 100

Efficienza dei pannelli =   --------------------------------------------

                                            Area del pannelli mq

 
La convenienza economica di un impianto fotovoltaico dipende sostanzialmente dell’efficienza delle celle impiegate. Raddoppiando l’efficienza delle celle si ottiene infatti un raddoppio della resa dell’impianto. Attualmente le celle fotovoltaiche prodotte a livello industriale hanno un’efficienza (percentuale di radiazione solare trasformata in energia elettrica) compresa tra il 5% e il 17%, ma celle con efficienze più elevate sono già in fase di sviluppo. Ad esempio, con la tecnologia delle celle tandem, che utilizza celle a base di arseniuro di gallio e antimoniuro di gallio sovrapposte in strati, è possibile ottenere un’efficienza del 31%. Parallelamente alle ricerche indirizzate al miglioramento dell’efficienza delle celle, si sta cercando di sviluppare dei metodi di produzione più economici. I materiali in questo senso più promettenti sono al momento il diseleniuro di rame e indio (celle-CIS) e il tellurio di cadmio (CdTe), i quali vengono utilizzati già nella produzione di celle su piccola scala.

 

Il silicio

Il silicio è costituito da un insieme di atomi (o molecole) legati tra loro in modo rigido. Nel silicio cristallino gli atomi sono disposti regolarmente. Da differenti tipi di silicio e di lavorazione si ottengono due tipi di lingotti: uno a forma di parallepipedo dal quale si ottengono celle policristalline, riconoscibili dal colore blu cangiante e dalla forma squadrata, ed uno cilindrico dal quale si ottengono celle monocristalline riconoscibili dal colore scuro e di forma esagonale o circolare.

Normalmente la tensione continua ottenuta da una cella è circa 0,5 Volt. Le celle possono avere diverse dimensioni in funzione del loro utilizzo. La tecnologia per ridurre i costi è orientata ad aumentare l’efficienza della cella e a ridurre lo spessore del wafer. Quando si parla di efficienza occorre distinguere l’efficienza delle celle, del pannelli e del sistema. Ridurre lo spessore delle celle significa produrre più celle con minor quantità di silicio. Oggi la quantità di silicio prodotto è inferiore alla domanda del mercato. I produttori tecnologicamente più avanzati stanno perciò riducendo lo spessore dagli attuali 230µ/300µ a 160µ. 

 

Pannelli in silicio policristallino Nel processo produttivo il silicio policristallino viene versato in blocchi che hanno una sezione quadrata. I blocchi raffreddati vengono tagliati in lingotti e quindi sezionati in wafer da 230µ/350µ. Durante la fase di solidificazione, i cristalli si dispongono in modo casuale ed è per questo che la superficie presenta i caratteristici riflessi cangianti. Il silicio policristallino ha una grana più grossa del silicio monocristallino. 

 

Pannelli in silicio monocristallino Con un processo produttivo più complesso, dal silicio fuso, vengono ottenuti dei lingotti cilindrici di silicio monocristallino. Al cilindro viene data una forma esagonale e quindi sezionato in fette sottili (wafer) da 200µ/300µ, le quali presentano un color argento lucido. Queste, inoltre, vengono sagomate in forme più o meno squadrate al fine di diminuire gli spazi inutilizzati ed aumentare il numero di celle ospitate dal pannelli. 

 

Pannelli in silicio amorfo Il silicio amorfo è caratterizzato dal modo disordinato in cui gli atomi o le molecole sono legati tra di loro. Utilizzando il silicio amorfo non si può parlare di celle, in quanto si tratta di strati sottili di silicio amorfo applicati su superfici più grandi delle normali celle. Esistono in produzione vari tipi , tra cui ( a-Sì ) silicio amorfo, già utilizzato per alimentare calcolatrici, orologi da polso e (a-Sì + µ-Si), ossia silicio amorfo + silicio cristallino.

 

Pannelli a film sottile Per la produzione di questi pannelli, il materiale base viene vaporizzato e depositato su lastre di vetro o lamine di altro materiale. La strato di silicio ha uno spessore di circa 2µ ovvero oltre 100 volte più sottile dello strato ottenuto con celle di silicio cristallino. Il Film sottile è stato sino ad oggi sottovalutato per l’efficienza, certamente minore rispetto al monocristallino o al policristallino, tuttavia le celle a film sottile hanno il vantaggio di tollerare meglio gli ombreggiamenti e di essere meno influenzate dalla temperatura rispetto alle celle in silicio.

Quindi, tra i molti vantaggi apportati dall’uso del Film Sottile occorre soprattutto ricordare che:

1. la produzione diminuisce di misura inferiore con l’aumentare della temperatura;
2. si degrada immediatamente subito dopo la produzione e resta stabile nel tempo;
3. risente in misura minore delle zone di ombra;
4. è meno sensibile all'inclinazione non ottimale come il cristallino, quindi è più adattabile alle superfici;
5. usufruisce di più ore di luce (inizia a produrre prima al mattino e termina più tardi la sera);
6. sfrutta meglio la luce diffusa e riflessa;
7. produce in misura maggiore con cielo nuvoloso.

E’ opportuno, per ottenere il massimo della produzione elettrica, valutare le condizioni climatiche del sito (l’irradiazione, la temperatura, l’umidità ed il vento) prima di selezionare il tipo di pannelli da utilizzare.

 

Confronto tra pannelli fotovoltaici con diversa tecnologia: coefficiente di temperatura della potenza nominale 

Il valore della potenza dei pannelli fotovoltaici è relativa alle condizioni standard, cioè alla temperatura di 25°C.

In base al coefficiente di temperatura della potenza nominale è possibile calcolare la potenza per temperature più basse e più alte.

 E’ da sottolineate come il coefficiente di temperatura della potenza sia una costante negativa. Questo significa che all’aumentare della temperatura la potenza effettiva diminuisce.

Questo fenomeno è importante perché è proprio nei periodi dell’anno più caldi che si concentra il 50% l’irraggiamento annuale e quindi della produzione di energia fotovoltaica.

E’ da considerare che la temperatura dei pannelli è più alta di quella ambientale per il passaggio di corrente elettrica nei conduttori (effetto Joule).

Sono, per questo aspetto, da preferire pannelli fotovoltaici che hanno un coefficiente di temperatura di valore assoluto minore. 

Si propone un confronto tra alcuni diversi pannelli: