Logica dei Sistemi

Come trasformare l’energia solare in elettrica

L’energia prodotta dal sole che raggiunge il nostro pianeta può essere trasformata in energia elettrica in due maniere: la prima è basata sulla conversione fotovoltaica mentre la seconda sulla conversione termica.

È importante che non si confonda quest’ultima modalità di trasformazione (chiamata più correttamente solare termodinamico) con il solare termico, ossia con i pannelli solari utilizzati per riscaldare l’acqua per uso sanitario.

Nel processo di conversione fotovoltaica la radiazione solare viene direttamente trasformata in elettricità sfruttando un ben noto fenomeno fisico detto “effetto fotovoltaico” che si ha quando la luce (o altre forme di energia radiante) colpiscono particolari materiali. In tale procedimento si utilizza un impianto molto semplice che consiste in uno o più pannelli di tali materiali e in qualche altro componente necessario alla conversione dell’energia.

Il solare termodinamico, invece, si basa sulla raccolta e sulla concentrazione dell’energia solare su un’apposita caldaia contenente un fluido detto “termovettore”. Tale fluido viene portato a temperature così elevate da poter essere utilizzato per produrre energia. In pratica si tratta di un processo molto simile a quello termoelettrico utilizzato bruciando, ad esempio, petrolio, senza però la necessità di utilizzare combustibili fossili ma impiegando direttamente la radiazione solare.

In questo articolo tratteremo della prima tecnologia: il fotovoltaico:

Come è fatto un impianto fotovoltaico

Un tipico impianto fotovoltaico è basato sulla combinazione di più elementi base detti “celle fotovoltaiche”. Una singola cella fotovoltaica consiste in una sottile lastra di un materiale semiconduttore (il silicio, ad esempio, così come gallio, indio e fosforo in altri casi). Più celle fotovoltaiche, tra loro collegate in serie o in parallelo, vanno a costituire quello che è un modulo fotovoltaico, meglio noto come pannello fotovoltaico. Questo è l’elemento base che si trova in commercio e che si compone di una struttura portante su cui sono fissate le varie celle e di una copertura in materiale trasparente.

I vari moduli fotovoltaici, ossia i vari pannelli, una volta installati e collegati elettricamente tra loro, vanno a costituire, insieme ai componenti che li sostengono e li fissano nel modo desiderato, un cosiddetto campo fotovoltaico.

Uno o più campi fotovoltaici sono i componenti di un impianto fotovoltaico, assieme ai componenti di conversione dell’energia elettrica in quanto i pannelli la producono come corrente continua mente, nella maggior parte dei casi, si ha bisogno di corrente alternata. I dispositivi che fanno questo lavoro sono detti convertitori di corrente continua in corrente alternata o, più tecnicamente, “inverter”.

In poche parole un impianto fotovoltaico consiste in più pannelli, tra loro collegati, in un inverter per convertire l’energia elettrica e in altri componenti accessori che qui non andiamo ad approfondire.

Pregi e difetti di un impianto fotovoltaico

Un aspetto importante della produzione di energia elettrica per via fotovoltaica consiste nella totale assenza di emissioni inquinanti durante il funzionamento dell’impianto stesso: l’energia prodotta è così classificabile come energia “pulita”. Inoltre, un impianto fotovoltaico può essere facilmente espanso aggiungendo ulteriori moduli. Questo permette di ampliare con facilità la produzione energetica garantendo la conservazione degli investimenti fatti.

Altro aspetto di elevata importanza è che la totale assenza di componenti meccanici in movimento e la relativa semplicità del sistema nel suo insieme porta a costi di manutenzione molto ridotti (se l’impianto è stato progettato e installato a regola d’arte). Per le stesse ragioni, l’impianto ha una vita estremamente lunga, oggi stimabile in un periodo superiore ai 20 anni.

L’impianto ha, inoltre costi di esercizio bassissimi in quanto non prevede la presenza dei rifornimenti di combustibile né altre operazioni particolari.

I due principali aspetti negativi di un impianto fotovoltaico sono: l’estrema variabilità della radiazione solare, di fatto imprevedibile su lunghi periodi e l’elevato costo per la realizzazione dell’impianto.

Riguardo al primo svantaggio la tecnologia sta sfornando pannelli fatti materiali e con procedimenti tra loro anche molto diversi e che consentono un certo margine di adattabilità alle condizioni medie previste nell’area in cui si vuole installare l’impianto.

Per venire, invece, incontro al secondo problema, in molti paesi esistono dei meccanismi di incentivazione realizzati dai rispettivi governi che hanno avviato un’imponente crescita del mercato, tanto da renderlo, attualmente, il ramo del settore energetico con il più alto tasso di crescita.

Il meccanismo degli incentivi

Gli incentivi governativi in Italia non sono, come si potrebbe erroneamente pensare incentivi “in conto capitale”, ossia finalizzati a rimborsare il tutto in parte la realizzazione dell’impianto, quanto incentivi “in conto energia” ossia sono proporzionali alle energia prodotta dall’impianto: se, ad esempio, un impianto produrrà, in un determinato periodo, 1.000 kWh di energia riceverà un determinato contributo. Se lo stesso impianto avesse prodotto, invece, nello stesso periodo, 2.000 kWh di energia avrebbe ricevuto un contributo doppio.

Di conseguenza, com’è facile intendere, l’impianto è incentivato durante la fase di produzione ma non durante quella di costruzione che rimarrebbe così a carico del proprietario. Fortunatamente numerosi istituti di credito hanno realizzato dei prodotti finanziari in grado di erogare l’importo necessario alla realizzazione dell’impianto e di ottenerne il rimborso grazie all’esclusiva sull’incentivo erogato dallo Stato. In pratica la banca finanziatrice pagherà automaticamente le rate del proprio finanziamento attingendo direttamente al denaro erogato dallo Stato a fronte della produzione di energia dell’impianto. Trascorsi alcuni anni, il debito sarà stato rimborsato e l’incentivo sarà a disposizione del proprietario dell’impianto. Negli anni in cui l’incentivo è stato utilizzato per pagare il finanziamento, il proprietario dell’impianto avrà comunque beneficiato dell’energia prodotta dall’impianto, sia sotto forma di bolletta energetica di importo sensibilmente inferiore sia con i proventi dell’eventuale rivendita di tale energia sulla rete nazionale.

Maggiori dettagli sul meccanismo degli incentivi sono disponibili in altri articoli su questo sito (vedere il pannello a sinistra "Articoli Correlati"). Logica dei Sistemi dell’ing. Luca Lezzerini è a vostra disposizione per fornirvi, senza alcun impegno da parte vostra, tutte le informazioni di cui possiate avere bisogno ed eventualmente accompagnarvi nell’iter di realizzazione di un impianto fotovoltaico a regola d’arte: contattateci senza indugio.