Fotovoltaico

Il sole è la fonte energetica più importante per la terra.

La vita in tutte le sue forme dipende dall’energia solare, che rappresenta il punto di partenza per le catene chimiche e biologiche sul nostro pianeta ed allo stesso tempo costituisce la forma energetica più pulita dal punto di vista ambientale

Nonostante il sole si trovi a 143 milioni di km dalla Terra, esso offre più energia in un quarto d’ora di quanta l’Uomo ne usi in un anno.

Ogni anno infatti il sole fornisce una quantità di energia di gran lunga superiore al consumo energetico mondiale: l’apporto energetico del sole supera di molto perfino quello di tutte le riserve di combustibili fossili di cui si ha, attualmente,

conoscenza: questo apporto è pari a 1500000000000000000 kWh/a = 1.500 milioni di miliardi di kilowattora all’anno.

La quantità di energia solare incidente sulla terra può essere considerata costante: tale irraggiamento, o intensità di radiazione, viene chiamata costante solare. Il valore medio di tale costante si aggira attorno a 1200 W/m², ovvero il Sole ha la capacità di irradiare una potenza P (1,2 kW) su di una superficie di 1 m². il Watt (W) è l’unità di misura della potenza

Quando il sole risplende con una potenza di 1200 W per un’ora produce 1,2 “kilowattora” di energia (kWh).

Energia = Potenza * tempo

L’impianto

Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico funzionante grazie alla presenza di più moduli fotovoltaici assemblati tra loro. Il ruolo dei moduli è quello di assorbire le radiazioni solari e, attraverso il cosiddetto “effetto fotovoltaico” (che dà il nome all’intero impianto e ai moduli stessi), produrre energia elettrica a partire dall’incidenza dei raggi del sole.

Oltre alla presenza di moduli e collegamenti elettrici, un elemento fondamentale per il funzionamento di un impianto fotovoltaico è l’elettronica. L’elettronica, negli impianti di questo tipo, è presente in dispositivi come gli inverter, vale a dire gli apparecchi in grado di convertire la corrente continua in corrente alternata.

Senza la presenza degli inverter l’impianto fotovoltaico non potrebbe funzionare, così come non potrebbe raggiungere la massima efficienza possibile qualora l’impianto stesso venisse privato delle componenti elettriche (cavi di collegamento).

Effetto fotovoltaico e principio di funzionamento

Ma come la luce del sole viene convertita in energia elettrica?

Ciò è possibile grazie all’effetto fotovoltaico: la trasformazione è merito di semiconduttori (silicio, rame, ecc.) posti all’interno delle celle fotovoltaiche che, esposte ai raggi solari, assorbono fotoni generando un movimento di elettroni che generano in questo modo tensione.

Per raccogliere il flusso elettrico vengono realizzati dei contatti metallici, che grazie alla separazione delle cariche generano una corrente elettrica, in grado di alimentare una determinata utenza.

Effetto-fotovoltaico

Inverter

I moduli catturano l’energia del sole e la trasformano in energia elettrica, sottoforma di corrente continua (DC o Direct Current). La rete elettrica nazionale, tuttavia, utilizza una tipologia di correte elettrica caratterizzata da due flussi di energia, ovvero la corrente alternata (AC o Alternating Current), a una frequenza costante (50 Hz).

Ed è proprio qui che entra in gioco l’inverter fotovoltaico. Il suo compito principale è proprio quello di convertire la corrente continua generata dai pannelli, in corrente alternata a 400 volt e 50 Hz.

Accanto a questo, ci sono tutta una serie di funzioni altrettanto fondamentali:

  • Contribuisce al rendimento energetico di un impianto fotovoltaico ottimizzandone la potenza
  • Segnala la presenza di eventuali anomalie
  • Protegge il sistema in caso di blackout o sovratensioni

Produzione di energia elettrica

Dal punto di vista ambientale l’utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia elettrica attraverso l’installazione di un impianto fotovoltaico consente la riduzione notevole della propria impronta ecologica, riuscendo ad abbattere le emissioni di anidride carbonica in atmosfera, salvaguardare l’ambiente e preservarlo per le generazioni future.

Per produrre un kilowatt/ora elettrico vengono bruciati mediamente l’equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibili fossili e di conseguenza vengono emessi nell’aria circa 0,53 kg di anidride carbonica (fattore di emissione del mix elettrico italiano alla distribuzione). Si può dire quindi che ogni kWh prodotto dal fotovoltaico evita l’emissione di 0,53 kg di anidride carbonica.

Per calcolare la quantità di CO2 evitata dalla produzione dell’impianto fotovoltaico o da azioni volte a ridurre gli sprechi occorre moltiplicare la quantità di kWh prodotti o risparmiati per 0,53 Kg.

Una produzione di 300 kWh di energia da fotovoltaico equivale ad aver evitato l’emissione di 159 kg di anidride carbonica (circa 0,2 tonnellate di CO2).

Per quantificare i benefici ambientali derivanti dall’uso di tale energia rinnovabile, dopo aver calcolato le quantità di CO2 evitata, è possibile, in modo simbolico, definire il numero di alberi necessari ad assorbire la stessa quantità di CO2 sia in un anno che nel loro intero ciclo di vita.

Ad esempio: 600 kWh prodotti da fotovoltaico con potenza pari a 500W (due moduli) evitano la emissione di 318 kg. di CO2. Tale quantità potrebbe essere assorbita da 30 alberi in un anno oppure da 1,5 alberi in 20 anni Per avere una produzione annua pari a 600 kWh possiamo considerare un impianto di 500W che nell’arco dei sui 20 anni di vita produrrà 12.000 kWh. Il risultato finale che è quello di eliminare la CO2 (o evitata o assorbita) sarebbe raggiunto da 30 alberi in 20 anni.

Di seguito un elenco dei vantaggi di natura energetica e ambientale di un impianto fotovoltaico:

  • abbattimento delle emissioni di anidride carbonica contribuendo concretamente alla tutela dell’ambiente;
  • notevole risparmio energetico;
  • azzeramento dell’inquinamento acustico e l’immissione di gas serra.
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