Energia eolica da Casoni di Romagna

Il 4 settembre 2007 sono iniziati i lavori per la realizzazione di un parco eolico in località Casoni di Romagna, in un’area compresa tra i comuni di Monterenzio e Castel del Rio (Bologna).

Sarà il più grande parco eolico del Nord Italia, composto da 16 areogeneratori da 800 kW ciascuno, per una potenza complessiva di 1,2 gigawatt, che fornirà energia per 8000 famiglie.

Il progetto sarà realizzato dall’azienda pubblica Agsm (azienda generale servizi municipale – multiutility del Comune di Verona) a un costo preventivato tra i 15 e i 20 milioni di euro e verrà concluso nel dicembre 2008.

Il parco permetterà un notevole abbattimento delle emissioni di CO2 in atmosfera, consentendo di ridurre di 20mila tonnellate le emissioni di anidride carbonica.

Si procederà in questa direzione indicata non solo dal Protocollo di Kyoto ma anche dal Piano Energetico Regionale che si pone come obiettivo di ridurre del 12% il consumo regionale di energia e di sostituire circa 180mila TEP di fonti convenzionali con le energie rinnovabili.

Tra queste, 20MW di energia pulita dovrebbero derivare dall’eolico.

Solare fotovoltaico

LA TECNOLOGIA

Un dispositivo fotovoltaico è in grado di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica, sfruttando il cosiddetto effetto fotoelettrico.

L'effetto fotoelettrico è noto dalla fine dell'800 ma la sua spiegazione risale al 1905 ad opera di Albert Einstein che per questo motivo ottenne nel 1921 il premio Nobel.

Il principio di funzionamento si basa sulla proprietà che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati come il silicio di fornire energia elettrica quando sono colpiti da radiazione solare.

L'impianto fotovoltaico è basato su moduli fotovoltaici (ciascuno di potenza tra i 30 e i 100 Wp, a tensione continua di 12 o 24 V) collegati in serie o in parallelo.

Ogni modulo è dotato di un diodo (un dispositivo che permette il passaggio della corrente in una sola direzione) per evitare che il modulo si trasformi da generatore a dissipatore di energia.

Se si richiede corrente alternata (caso più comune) è necessario inserire un'apparecchiatura detta inverter in grado di trasformare la corrente continua in alternata.

La tecnologia fotovoltaica è particolarmente adatta all'alimentazione di dispositivi per le telecomunicazioni, per il monitoraggio ambientale.

Nei Paesi in via di sviluppo questa tecnologia è usata soprattutto in alcune strutture come scuole, ospedali dove l'alimentazione elettrica è di primaria utilità sociale.

PROSPETTIVE

Il Solare Fotovoltaico è in veloce espansione in tutti i Paesi occidentali. Molti governi hanno promosso diverse iniziative ed erogato importanti contributi perla diffusione di questa fonte rinnovabile.

Anche in Italia il Ministero dell'Ambiente nella primavera del 2001 ha lanciato il programma 10.000 tetti fotovoltaici proprio nell'ottica di favorire lo sviluppo delle Fonti rinnovabili.

VANTAGGI

I vantaggi dei dispositivi fotovoltaici sono molteplici:

• 1. Le esigenze di manutenzione ridotte in quanto non ci sono parti meccaniche in movimento.

• 2. Vengono eliminate le perdite di distribuzione dell'energia elettrica perché vengono installati vicino all'utilizzatore finale.

• 3. Non produce inquinamento di alcun genere (acustico, atmosferico, ecc.) durante il suo funzionamento.

• 4. E' possibile prevedere la produzione annuale di energia con un piccolo margine di errore, indipendentemente dalla variabilità di richiesta.

• 5. La potenza dell'impianto può essere modificata in qualsiasi momento senza problemi.

Il fotovoltaico come fonte alternativa di energia elettrica

L’Unione Europea si sta impegnando per stimolare la penetrazione delle tecnologie di energia rinnovabile e di efficienza energetica. In questi ambiti si colloca l'uso del fotovoltaico come fonte di energia alternativa e rinnovabile. Si propone un lavoro presentato in occasione del workshop “Il vento della scienza” presso il Centro Comune di Ricerca di Ispra (Va) progettato e realizzato da una classe dell'IPSIA “Ponti di Gallarate” sull'uso del fotovoltaico per la produzione di energia elettrica. Pertanto di questi temi occorre parlare diffusamente nelle scuole, affinché si imponga un cambiamento “culturale” e ciò può partire proprio dai giovani “cittadini”.

Sfruttare l'energia solare sarà un tema di discussione sempre più frequente ed attuale; il perché è presto detto. L' inquinamento mondiale sta aumentando sempre più, alla faccia del protocollo di Kyoto. I gas serra sono sempre più presenti e le mutazioni climatiche già si fanno intravedere con alcuni effetti devastanti. Per tentare di risolvere il problema dell' inquinamento è di fondamentale importanza adottare strategie alternative di produzione di energia e molte di queste possono utilizzare come fonte primaria l'energia solare. Una di queste forme è sicuramente la produzione di energia chiamata fotovoltaica, ossia quella tecnologia che permette di trasformare il calore del sole in energia elettrica.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

L'effetto fotovoltaico consiste nella conversione dell'energia solare in elettricità. Questo processo è possibile grazie a specifiche proprietà fisiche di alcuni particolari elementi, detti semiconduttori. Captazione dell'Energia Solare La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia elettrica. Essa sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori (fra cui il silicio, elemento molto diffuso in natura) che, opportunamente trattati ed interfacciati, sono in grado di generare elettricità se colpiti dalla radiazione solare, senza quindi l'uso di alcun combustibile.

L' elemento base della tecnologia fotovoltaica è la cella, che può essere realizzata con diverse modalità. La cella è formata da materiale semiconduttore con uno spessore ridotto, alla quale vengono collegati i contatti elettrici. Con l' esposizione alla luce la cella produce energia elettrica in corrente continua che poi successivamente verrà trasformata in corrente alternata per poter essere utilizzata nei normali impianti elettrici domestici.

Quando la cella fotovoltaica viene investita da un fascio luminoso (luce solare) questa diviene un generatore di corrente continua; il valore del l'irraggiamento solare influenza l'intensità della corrente di corto circuito della cella in maniera direttamente proporzionale. Al crescere dell'intensità dell'energia elettromagnetica si verifica anche un aumento del flusso di elettroni da uno strato all' altro della cella.La potenza massima estraibile dalla cella viene misurata in watt di picco (Wp). Qui a fianco vediamo un esempio di pannello fotovoltaico. Nella parte anteriore del pannello fotovoltaico troveremo le celle fotovoltaiche ed un vetro di rivestimento. Affinché la tecnologia fotovoltaica possa svilupparsi sempre più, si stanno sperimentando diverse soluzioni. Lo scopo principale della ricerca rimane la riduzione dei costi di produzione per rendere gli impianti fotovoltaici sempre più competitivi. Per generare una certa quantità di energia elettrica è necessario utilizzare diverse celle fotovoltaiche.

Ecco quindi che nasce il pannello fotovoltaico, che non è altro che un insieme di celle fotovoltaiche collegate in serie o in parallelo. I moduli più diffusi generalmente sono composti da un numero di celle fotovoltaiche variabile dalle 30 a 36, con un peso di circa 7-8 kg.

PRINCIPALI TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE NEL FOTOVOLTAICO

La configurazione di un impianto fotovoltaico può essere diversa a seconda dei diversi campi di utilizzo. Si può comunque delineare uno schema generale valido per i diversi impianti fotovoltaici.

Il generatore o campo fotovoltaico genera corrente continua e la convoglia verso il carico. Quest' ultimo può essere rappresentato da un' utenza in corrente continua o alternata, o da una batteria che alimenta a sua volta un carico.

Possiamo trovare sistemi fotovoltaici isolati o collegati alla rete. Il primo sistema è utilizzato in utenze isolate e lontane dalla rete elettrica.

In questo caso avremmo quindi un sistema fotovoltaico che genera corrente elettrica ed una batteria o accumulatore che servirà appunto per l' accumulo dell' energia elettrica prodotta.

Il sistema fotovoltaico in rete invece non necessita di batteria in quanto l' energia prodotta può essere convogliata direttamente nella rete elettrica.

COMPONENTISTICA DELL' IMPIANTO FOTOVOLTAICO

Un impianto fotovoltaico per poter funzionare correttamente ha bisogno dell'installazione di diversi componenti.

Le parti che costituiscono un impianto fotovoltaico sono: il generatore, i cablaggi, i dispositivi di conversione e quelli di sicurezza, il sezionatore di circuito, gli accumulatori (nel caso di impianti isolati). La cella La cella costituisce il dispositivo elementare alla base di ogni sistema fotovoltaico per la produzione di elettricità. Una cella fotovoltaica è sostanzialmente un diodo di grande superficie; esposta alla radiazione solare converte la radiazione solare in elettricità. Si comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di soleggiamento tipiche italiane, una corrente di circa 3 A (Ampere) con una tensione di circa 0.5 V (Volt), quindi una potenza intorno a 1.5 W (Watt). Le celle fotovoltaiche hanno solitamente una colorazione blu scuro, derivante da un rivestimento antiriflettente (ossido di titanio), importante per ottimizzare la captazione dell'irraggiamento solare.

Le due principali tecnologie oggi disponibili per la produzione commerciale di celle fotovoltaiche sono quella basata sul silicio cristallino e quella delle celle a film sottile. Nella prima, le celle sono ottenute attraverso il taglio di un lingotto di un singolo cristallo (monocristallino) o di più cristalli (policristallino) di silicio. Nella seconda, uno strato di silicio amorfo (o di altri materiali sensibili all'effetto fotoelettrico) è deposto su una lastra di vetro o metallo sottile che agisce da supporto. Il flusso di elettroni è ordinato e orientato da un campo elettrico creato, all'interno della cella, con la sovrapposizione di due strati di silicio, in ognuno dei quali si introduce un altro particolare elemento chimico (operazione di drogaggio), fosforo o boro, in rapporto di un atomo per ogni milione di atomi di silicio. Di tutta l'energia che investe la cella solare sotto forma di radiazione luminosa, solo una parte viene convertita in energia elettrica. L'efficienza di conversione per celle commerciali al silicio cristallino è in genere compresa tra il 10% e il 14%.

La struttura di un modulo Il modulo fotovoltaico, componente base dei sistemi fotovoltaici, è ottenuto dalla connessione elettrica di celle fotovoltaiche connesse in serie o in parallelo. Queste ultime sono assemblate fra uno strato superiore di vetro ed uno strato inferiore di materiale plastico (Tedlar) e racchiuse da una cornice di alluminio.

I moduli fotovoltaici più comuni sono costituiti da 36 o 72 celle. 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 mezzo metro quadro e produce 40-80 Watt di potenza. La struttura di un pannello Insieme di più moduli, collegati in serie o in parallelo, in una struttura rigida. Più celle assemblate e collegate tra loro formano il modulo fotovoltaico e più moduli, montati su una struttura rigida, costituiscono il pannello fotovoltaico. Collegando tra loro più pannelli, in modo da ottenere la tensione e la corrente desiderate, e unendoli ad un sistema di controllo e condizionamento della potenza (inverter), nasce l'impianto fotovoltaico. La stringa Al fine di fornire la tensione richiesta, più moduli o più pannelli, a secondo della potenza che si richiede, sono collegati elettricamente in serie costituendo una stringa. Il campo Il campo fotovoltaico è un insieme di moduli opportunamente collegati in serie e in parallelo. Più moduli, elettricamente collegati in serie, formano la stringa.

Infine il collegamento elettrico in parallelo di più stringhe costituisce il campo. Nella fase di progettazione di un campo fotovoltaico devono essere effettuate alcune scelte che ne condizionano il funzionamento. Una scelta fondamentale è, sicuramente, quella della configurazione serie-parallelo dei moduli che compongono il campo fotovoltaico; tale scelta infatti determina le caratteristiche elettriche del campo fotovoltaico. Le stringhe di un campo a loro volta possono essere disposte in file parallele con l'inclinazione desiderata. In questo caso la distanza minima fra le file di pannelli non può essere casuale ma deve essere tale da evitare che l'ombra della fila anteriore copra quelli della fila posteriore.

È quindi necessario calcolare la distanza minima tra le file in funzione dell'altezza dei pannelli, della latitudine del luogo e dell'angolo di inclinazione dei pannelli, affinché non si verifichi ombreggiamento alle ore 12 del solstizio invernale. L'inverter Il trasferimento dell'energia da una impianto fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System). Di esso fanno parte l'inverter, il trasformatore, i quadri elettrici e i sistemi ausiliari di centrale.

MANUTENZIONE DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI

Uno dei principali vantaggi di un impianto fotovoltaico è la scarsa manutenzione di cui necessitano. Attualmente la vita media di un impianto fotovoltaico oscilla dai venti ai trent'anni, per cui una volta installati il loro costo sarà ammortizzato nel tempo. Attualmente si stima che il costo di installazione di un impianto si ammortizzi nel giro di dieci anni, dopo di che si potrà iniziare a guadagnare.

DISPOSIZIONE OTTIMALE DEI PANNELLI FOTOVOLTAICI

Affinché i moduli fotovoltaici riescano a captare e trasformare l'energia solare in energia elettrica è necessario e fondamentale che il modulo sia disposto e orientato in maniera ottimale. La ricerca sta mettendo a punto alcuni sistemi di automazione che permettano ai moduli fotovoltaici l' inseguimento del sole....una sorta di girasole automatico. Questo sistema sicuramente può permettere un irraggiamento migliore in quanto il modulo sarebbe sempre rivolto verso il sole. Tuttavia i costi per realizzare questo genere di impianti automatici sono notevoli e non riscontrano vantaggi nel caso di piccole utenze private. Pertanto attualmente si consiglia di installare il modulo fotovoltaico in maniera fissa ma col miglior orientamento possibile. E' stato stabilito che l' orientamento ottimale è verso il SUD. Naturalmente il discorso su citato è molto semplicistico in quanto oltre all' orientamento verso il sud è necessario fare anche altri calcoli riguardo all' inclinazione del pannello che varia in base alla latitudine, all' ombreggiamento ecc. Tutti questi calcoli sicuramente potranno essere eseguiti dagli installatori autorizzati.

VANTAGGI COSTI/BENEFICI DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO

Oltre ai costi per l'installazione dei vari moduli ci sono anche dei vantaggi economici. Per quanto riguarda l'ambiente i vantaggi credo siano chiari. Nessun inquinamento e nessuna immissione di gas serra in atmosfera. Per quanto riguarda i costi c'è da dire che l' impianto fotovoltaico una volta installato necessita di pochissima manutenzione e quindi anche di pochissime spese. Inoltre attualmente con le politiche di incentivazione statali e regionali si può addirittura guadagnare vendendo l' energia elettrica prodotta in surplus al proprio fabbisogno. Quindi in conclusione abbiamo visto che la realizzazione di un impianto fotovoltaico per la produzione dell' energia elettrica è sicuramente una strada da seguire per i prossimi anni. Probabilmente inoltre i costi continueranno a scendere e potranno essere alla portata di tutti.

Il Ministero delle Attività Produttive di concerto con il Ministero dell'Ambiente ha varato un programma di incentivazione che prevedono un finanziamento in conto energia per la realizzazione di impianti fotovoltaici connessi in rete.

L'installazione di un impianto fotovoltaico in rete, non solo consente di sfruttare il finanziamento statale atto a rendere competitiva la tecnologia fotovoltaica, ma permette anche di ridurre la quantità di combustibili fossili che giornalmente utilizziamo per produrre energia elettrica e quindi la quantità di gas serra che giornalmente immettiamo nell'atmosfera. Il fotovoltaico è attualmente l'unica tecnologia rinnovabile per la produzione di energia elettrica (ad emissioni zero) facilmente utilizzabile in ambienti urbani. Potenza della radiazione solare L'energia solare disponibile è diversa a seconda della località. Qui di seguito, a titolo di esempio i valori di insolazione media di alcune località: • Milano 1372,4 kWh/mq anno • Roma 1737,4 kWh/mq anno • Trapani 1963,7 kWh/mq anno. Questi valori dipendono dalle caratteristiche morfologiche ed atmosferiche della zona.

Efficienza dell'impianto fotovoltaico La produzione di energia tramite gli impianti fotovoltaici dipende da vari fattori, tra questi la superficie dell'impianto e l'inclinazione dei pannelli rispetto al terreno. L'inclinazione ideale è di 30°. Per altre pendenze la perdita oscilla dal -10% per inclinazioni orizzontali (tetto piano) e -35% per inclinazioni verticali (pareti esterne). I pannelli devono essere esposti a sud per ricevere maggiore quantità di irraggiamento solare.

Orientando i pannelli verso sud-est o verso sud-ovest si ha una perdita del -5%. È importante anche correggere l'inclinazione in base alla propria latitudine. L'inclinazione dei pannelli deve essere aggiustata con angolo di inclinazione pari alla latitudine locale sottratta di 10° circa. L'efficienza di trasformazione dell'energia solare in energia elettrica è fondamentale. In condizioni "standard" di insolazione, 1000 W/mq e temperatura del modulo di 25°C, l'efficienza dei moduli varia tra il 10% e il 12,5%.
Tale efficienza è poi leggermente ridotta, nel totale definitivo, dal rendimento dei dispositivi necessari per trasferire l'energia prodotta dai moduli fotovoltaici. Va detto anche che nell'ultimo decennio il rendimento dei pannelli fotovoltaici è aumentato di circa il 30%. Considerando per esempio Roma con i suoi 1737,4 kWh/mq anno: 8 metri quadri di pannelli coprono una superficie potenziale di 1737,4 kWh x 8 = 13.899,2 kWh. L'efficienza dei moduli permetterà di convertirne il 10% in energia elettrica, che, considerando anche l'efficienza dei dispositivi di conversione, sarà in grado di produrre attraverso il fotovoltaico 1181 kWh annuali di corrente alternata. Direttive per gli impianti solari Se l'elettricità solare deve contribuire al generale approvvigionamento elettrico, l'impianto deve essere allacciato alla rete elettrica perché questa può immagazzinare a basso costo l'elettricità solare irregolare (anche in modo indiretto, per esempio come l'acqua nei bacini di accumulo).

I convertitori (inverter) per l'accumulo nella rete con le necessarie attrezzature di sicurezza e protezione sono ottenibili in tutte le misure, e oggi molto affidabili. I costi degli impianti solari allacciati alla rete si riducono con l'aumento delle dimensioni dell'installazione grazie ai risparmi possibili nella progettazione, nell'acquisto di materiali e nella costruzione (effetto quantità). Naturalmente, un luogo ben soleggiato (ad esempio un grande balcone o un tetto piano) e in caso di installazione fissa un eventuale permesso di costruzione, sono premesse indispensabili. Esistono anche degli impianti autonomi (approvvigionamento di elettricità solare indipendente dalla rete).

Questi sono installati in luoghi privi di rete elettrica, ad esempio baite e casolari di montagna, ma anche per l'alimentazione di apparati di emergenza, per l'illuminazione di strade isolate, etc. Per i periodi privi di sole (notte o maltempo) necessitano di una batteria di immagazzinamento. Le lampade, e in parte anche gli apparecchi elettronici, sono alimentabili a corrente continua; se è necessario fornire elettricità anche ad apparecchi a 220 V, è indispensabile un convertitore che, però, aumenterà il costo dell'intero impianto. La corrente elettrica degli impianti autonomi è sempre molto più costosa di quella della rete, perciò viene utilizzata solo per prestazioni energetiche non ottenibili in altro modo.

Il "Conto Energia" Il decollo del fotovoltaico in Italia sembra essere legato soprattutto alla mancanza di tariffe incentivanti in grado di trasformare i proprietari dei terreni e dei fabbricati in veri imprenditori e produttori di energia. L'applicazione di tariffe incentivate consentirebbe, come in altri paesi dove ciò è già avvenuto, una rapida diffusione delle tecnologie solari.

L'introduzione del "conto energia" è previsto nel Dlgs 387/2003 ma manca il decreto di attuazione. La legge 387 fissava al 15 agosto 2004 il termine massimo per la fissazione delle tariffe differenziate ma ad oggi ancora nulla è stato deciso. Cosa significa "conto energia"? Significa remunerazione differenziata per la produzione di energia elettrica dai pannelli solari. Ogni produttore di energia potrà vendere l'energia prodotta dai propri pannelli solari alle società elettriche ad una tariffa nominale più alta.

Questo ha lo scopo di aumentare la redditività degli investimenti d'impresa nel settore solare. Così si sarà maggiormente incentivati ad installare i pannelli solari. Questo favorirebbe le economie di scala, la ricerca e il conseguente ribasso dei prezzi della tecnologia solare, favorendo così la diffusione di massa del fotovoltaico. Attendiamo pazientemente che anche l'Italia si decida di introdurre con decreto di attuazione il "conto energia", così come ha decise lo stesso Governo italiano nel 2003 con il Dlgs 387.

Articolo riportato per gentile concessione da: