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Gli elementi principali di un impianto fotovoltaico, oltre ai dispositivi di protezione, sono:
- Il generatore fotovoltaico, costituito da svariati moduli fotovoltaici collegati tra loro in serie e/o in parallelo, è il componente cardine del sistema che permette di ottenere corrente continua a partire dalla radiazione solare.
- L’inverter con inseguitore del punto di massima potenza, indispensabile per la trasformazione della corrente continua in corrente alternata. In genere comprende anche l’interfaccia di rete (per gli impianti grid connected) che contiene le protezioni lato a.c. sia per interrompere l’immissione nella rete elettrica se i valori di frequenza e tensione si discostano da quelli previsti, sia se viene isolato il ramo di rete elettrica (black-out).
- Gli strumenti per il monitoraggio dell’impianto, sono componenti elettronici utili per controllare anche a distanza il rendimento dell’impianto, visualizzando ad esempio i dati relativi alla quantità di energia prodotta o immessa in rete dall’impianto e altri parametri su un apposito display o addirittura via web con la possibilità di configurare messaggi di allerta anche via sms per poter intervenire tempestivamente in caso di guasto dell’impianto.
- I dispositivi di contabilizzazione servono a misurare l’energia; negli impianti grid connected in genere sono presenti 2 contatori: un contatore “CE” posto il più vicino possibile all’inverter che misura l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico utile ai fini dell’incentivazione da parte del GSE e da un contatore bidirezionale che misura sia l’energia immessa in rete che quella prelevata, posti in corrispondenza del punto di connessione.
- Il regolatore di carica, presente solo negli impianti stand alone, é un apparecchio elettronico che serve a preservare gli accumulatori da un eccesso di carica ad opera del generatore fotovoltaico e da un eccesso di scarica dovuto all’utilizzazione.
- Gli accumulatori, anch’essi presenti solo negli impianti stand alone, sono batterie che immagazzinano l’energia elettrica prodotta dai moduli fotovoltaici e la forniscono quando i moduli non sono in grado di produrne, per mancanza di irraggiamento solare. È opportuno sottolineare che non s tratta di comuni batterie, come ad esempio quelle per auto, perchè devono sopportare un elevato numero di cicli di carica/scarica
- I cavi elettrici unipolari per connettere tra tutti gli elementi dal lato in corrente continua, ad esempio per collegare tra loro i moduli a formare delle stringhe e per collegare il generatore all’inverter, ed i cavi tetrapolari per connettere tra loro gli elementi del lato in corrente alternata, ad esempio l’inverter al quadro elettrico.
- Le strutture di sostegno sono supporti metallici, comunemente in acciaio zincato a caldo ed in alcuni casi in alluminio o acciaio inox, il cui scopo è quello di sostenere ed ancorare i moduli fotovoltaici alla copertura o al terreno. Nel dimensionamento delle strutture occorre tenere conto non solo del peso dei moduli ma anche dei carichi aggiuntivi che possono essere generati dal vento e dalla neve.
Analizziamo un po’ più nel dettaglio il generatore fotovoltaico.
L’elemento base del generatore è il modulo fotovoltaico, esso è costituito da:
- un laminato di celle fotovoltaiche incapsulate in 2 strati di EVA (etilene-vinil-acetato)
- un vetro temprato altamente trasparente con bassa riflettanza testato per resistere alla grandine posto superiormente alle celle
- uno strato inferiore in tedlar
- un telaio in alluminio per rendere stagno il modulo e facilitarne l’ancoraggio alle strutture di sostegno.
La grandezza che caratterizza le celle fotovoltaiche è l’efficienza, ossia la capacità di trasformare l’energia solare in energia elettrica ed è funzione del tipo di cella:
- silicio monocristallino 15-16%
- silicio policristallino 12-14%
- silicio amorfo 7-8%
Ovviamente maggiore è l’efficienza e maggiore è l’energia prodotta a parità di superficie del modulo.
Infine, si elencano, per curiosità, alcune caratteristiche che differenziano un generatore fotovoltaico da un generatore tradizionale:
- Il rendimento non aumenta all’aumentare della dimensione dell’impianto perchè è vincolato al rendimento della cella e, più è grosso l’impianto, e maggiori risultano le perdite rispetto al rendimento di quest’ultima.
- L’impianto è sempre sotto tensione nel lato in corrente continua a monte dell’inverter, ovviamente solo quando è esposto alla radiazione solare
- La corrente di corto circuito è dello stesso ordine di grandezza della corrente di funzionamento, quindi non è necessario prevedere dei fusibili perchè un eventuale cortocircuito non comporta particolari conseguenze, diversamente da quanto accade per un generatore tradizionale, basti pensare a ciò che succede quando si mette in corto la batteria della macchina!
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