Che cos'è il fotovoltaico?
Il fotovolataico è una delle varie fonti di energia alternative verso le quali si deve e si dovrà indirizzare la civiltà moderna per centrare l'obbiettivo del vivere in modo sostenibile. Questa tecnologia sfrutta la più imponente meno impiegata delle nostre fonti energetiche, il sole, per la produzione di corrente elettrica in modo pulito.

Cenni storici.
L'idea di produrre energia elettrica sfruttando come fonte energetica di partenza il sole nasce alla fine del 1800. In questo secolo il fisico Becquerel, durante un esperimento, osservò che una pila al piombo era in grado di produrre energia elettrica se esposta alla luce del sole. Il progetto in seguito fu studiato da altri, tra i quali A. Einstein che nel 1905 spiegò il procedimento estendendone l'utilizzo all'impiego dei materiali semiconduttori.

Il processo in breve...
Il fenomeno, detto di conversione fotovoltaica, consiste nella trasformazione diretta dell'energia solare in energia elettrica mediante dispositivi a stato solido (le celle fotovoltaiche) basati su semiconduttori, prodotti con metodi affini a quelli impiegati nell'industria elettronica. La conversione fotovoltaica. La luce è composta da particelle energetiche: i fotoni.Quando un fotone colpisce gli atomi di particolari materiali semiconduttori, come ad esempio il silicio, cede energia ad uno degli elettroni che orbitano attorno a un atomo e lo rende libero di allontanarsi (creando di conseguenza una lacuna positiva) e di muoversi all'interno del materiale. Da questo momento, sia l'elettrone libero sia il vuoto positivo (il protone non bilanciato) sono pronti per essere riequilibrati. Per favorire e condurre il movimento delle cariche e creare una corrente elettrica, vengono introdotti nel silicio atomi di altri materiali ( ad es. boro e fosforo), detti "impurezze", disponibili a cedere o ad accogliere elettroni. Mettendo a contatto due sottili lamine (TRASPARENTI ALLA LUCE) di silicio elettricamente neutre,( una contenente impurezze di fosforo e l'altra trattata con il boro), si costituisce un collegamento: la prima lamina cederà elettroni alla seconda. Al termine del processo la lamina di fosforo rimarrà impoverita di elettroni e quindi pronta ad accoglierne altri provenienti dai fotoni della luce solare. Se quindi la giunzione è esposta al sole e collegata ad un circuito elettrico esterno, in questo circolerà una corrente che permetterà al dispositivo di funzionare con continuità e potrà essere utilizzata come quella generata dagli altri sistemi.

Perchè scegliere il fotovoltaico?
1) Perché è una fonte di energia elettrica ecologica, non inquinante e rinnovabile;
2)Per la necessità, dal punto di vista economico e sopratutto ambientale, di un uso razionale dell'energia e di un maggiore risparmio energetico;
3)Perché fra le varie tecnologie per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili, quella fotovoltaica appare almeno nel lungo termine, la più promettente per la produzione di energia elettrica, sopratutto in paesi come l'Italia, con alti livelli di insolazione;
4)Perché il costo d'installazione di un sistema fotovoltaico è marginale nell'ambito della realizzazione di nuovi edifici
5)Perché producono energia elettrica in prossimità del carico e quindi con "valore" superiore a quello prodotto ai cavi delle centrali convenzionali (soggetti alle perdite di carico dovute al trasporto e alla distribuzione);
6) Perché l'utilizzo di coperture di edifici od altre superfici non altrimenti utilizzabili, come le facciate, porta ad evidenti vantaggi dal punto di vista dell'occupazione del territorio.
Tuttavia: fra tutti i fattori che determinano il grado di penetrazione della tecnologia del fotovoltaico nel mercato energetico, il costo degli impianti e dell'energia che essi producono è senz'altro uno dei più importanti, se non il più importante. Infatti, dal punto di vista dell'utente che può scegliere tra diverse fonti di energia, sia convenzionali che rinnovabili, una buona parte dei vantaggi indiretti forniti dal fotovoltaico - per esempio il suo bassissimo impatto ambientale - appaiono come elementi secondari rispetto al problema centrale del costo. Sotto questo aspetto, il fotovoltaico appare addirittura penalizzato rispetto alle fonti convenzionali: infatti, in assenza di incentivi pubblici questo si trova a dover competere con tecnologie le quali, pur essendo più onerose in termini di costi sociali, non addebitano tali costi all'utente, ma di fatto, tacitamente, li scaricano sulla collettività.

Normativa vigente.
Come detto precedentemente, per lo sviluppo della tecnologia fotovoltaica, al momento economicamente sconveniente, sono necessari degli incentivi economici. Gli incentivi nazionali sono presi in considerazione nella normativa che segue.

• Legge n°10 del 9 Gennaio 1991: Norme per l'attuazione del Piano Energetico Nazionale di uso razionale dell'energia, di risparmio energetico e sviluppo delle fonti delle fonti rinnovabili di energia; (aggiornamento della n° 308 del 29 Maggio 1982). In particolare l’art.25-37: norme per il contenimento del consumo di energia negli edifici pubblici e privati , riguardanti sopratutto la progettazione, la messa in opera e l'esercizio di edifici con impianti ai fini della minimizzazione del fabbisogno energetico;
• Provvedimento CIP n°6 del 12 Maggio 1992: Normativa del Comitato Interministeriale Prezzi che prevede contributi alle imprese produttrici e distributrici per l'emissione in rete di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili o assimilate.

Ultimo incentivo in ordine di tempo è quello considerato dal Decreto n°106 del 16 marzo 2001 ( Servizio IAR- c.106 del 16 marzo 2001 D.G.R. 10-2836 del 23 aprile 2001): che ha definito e avviato il programma Tetti fotovoltaici che prevede la promozione attraverso contributi pubblici in conto capitale di impianti fotovoltaici collegati alla rete elettrica di distribuzione in bassa tensione e integrati/installati nelle strutture edilizie (ivi inclusi gli elementi di arredo urbano) e relative pertinenze, poste sul territorio italiano;. Le domande per la partecipazione al bando devono essere indirizzate alla Regione Piemonte, Settore Programmazione in materia energetica entro e non oltre 60 giorni, decorrere dal giorno 1°ottobre 2001.

Approfondimento.
In virtù degli incentivi portati dal Decreto n°106 del 16 marzo 2001, pareva opportuno offrire ad ogni interessato al Programma alcune informazioni utili nella valutazione dei costi da affrontare. Nella tabella che segue (realizzata da un'azienda del settore) compaiono i prezzi degli impianti, stabiliti in base alla loro potenza. Questi prezzi , ammessi dal bando, si ottengono moltiplicando per 15 Mlit ogni kWp e la tabella contempla impianti con una potenza fino a 5 kWp. Si ricava quindi il contributo di legge previsto del 75% e il complemento necessario a carico del proprietario ( il restante 25%); è possibile anche recuperare dall' IRPEF il 36% dei costi effettivamente sostenuti, IVA compresa.
Importante!!! Va sottolineato che il prezzo del impianto potrebbe essere anche superiore a 15,5 milioni di lire, ma il contributo del 75% è limitato al solo costo ammesso; pertanto la quota superiore verrebbe pagata interamente dal proponente.

kWp	Prezzo kit	+  quota installatore	Prezzo impianto	Contributo (75%) Min.Ambiente	A carico del proprietario (D IVA)	Recupero 36% IRPEF
1	13.500	2.000	15.500	11.620	3.880 (1.550)	1.950
1.5	17.900	5.350	23.250	17.400	5.810 (1.550)	2.930
2	25.500	5.500	31.000	23.250	7.750 (1.550)	3.900
2.5	31.00	7.750	38.750	29.060	9.690 (1.550)	4.880
3	35.500	11.000	46.500	34.870	11.630 (1.550)	5.860
4	51.000	11.000	62.000	46.500	15.500 (1.550)	7.810
5	62.000	15.500	77.5000	58.120	19.380 (1.550)	9.770

Esempi di costi per kit fotovoltaici fino a 5 kWp (in migliaia di lire).

Il proprietario dovrà presentare le fatture di spesa pari al costo totale dell'impianto per ottenere il contributo di legge previsto.
Qui di seguito, sono riportate in tabella le principali normativa tecniche e le disposizioni legislative inerenti la realizzazione di un sistema fotovoltaico nelle fasi di progettazione, costruzione e collaudo CEI, EN E IAC.

Gli impianti.
 Mediamente, un sistema fotovoltaico è composto da:

• moduli fotovoltaici
• un inverter
• un sistema d'accumulo dell'energia elettrica
• un sistema elettronico di controllo della carica degli accumulatori.

Un modulo fotovoltaico rappresenta l'assemblaggio di più celle solari (fotovoltaiche), connesse in serie o in parallello, atto a formare una struttura robusta e maneggevole. Nelle forme più diffuse, un modulo è costituito da 36 celle. La potenza erogata da un modulo, che deve essere orientato nel modo più appropriato ( in modo da ottenere le condizioni di "sole pieno" ), si aggira intorno ai 40-50 W. La tensione prodotta si aggira attorno ai 18 V al punto di massima potenza e circa 21 V a vuoto e l'efficienza di conversione è pari al 12-13%.

L'inverter è un dispositivo a controllo elettronico che trasforma la corrente prodotta come continua dai moduli fotovoltaici, in alternata, necessaria al funzionamento di gran parte delle apparecchiature elettriche. Principalmente per le applicazioni nel fotovoltaico vengono impiegati inverter di due tipi:
- a commutazione forzata: non richiedono la presenza della rete per il loro funzionamento;
- a commutazione naturale: impiegati negli impianti connessi alla rete e dove quindi la frequenza di funzionamento viene determinata dalla rete stessa.

Il sistema di accumulo è rappresentato da batterie (dispositivi o accumulatori di tipo elettrochimico) che servono ad accumulare l'energia prodotta in eccesso durante il giorno in modo da poterla utilizzare in seguito. Gli accumulatori adatti per un impianto a fonte rinnovabile dovrebbero possedere le seguenti caratteristiche tecniche:
- lunga durata
- elevata efficienza
- bassa manutenzione
- buona resistenza
- ridotta autoscarica.
Le batterie generalmente utilizzate nelle applicazioni di potenza che presentano le caratteristiche sopra citate, sono del tipo piombo-acido.
Negli impianti isolati, dove il fotovoltaico costituisce l'unica fonte d'energia, servono ad assicurare la continuità di alimentazione delle utenze. Il sistema viene progettato in base all'autonomia energetica richiesta dall'utenza, cioè in modo da garantire un adeguato numero di ore di alimentazione del carico anche in completa assenza di sole.
Infine gli accumulatori contribuiscono a stabilizzare la tensione d'uscita del generatore fotovoltaico in misura sufficiente per molte applicazioni.

Il sistema elettronico di controllo della carica degli accumulatori ha il compito di proteggere le batterie da sovraccarichi e da eccessive scariche in modo da aumentarne la vita utile e farlo lavorare in un intervallo di tensioni adeguate all'utilizzo.
Le caratteristiche che deve presentare sono:
- affidabilità
- semplicità d'uso.
Il mercato offre una grande varietà di queste apparecchiature che comunque si possono suddividere principalmente in base alla corrente del generatore fotovoltaico: per correnti inferiori a 30-40 A si impiegano regolatori compatti e completamente elettronici; per generatori di taglia maggiore si ricorre a regolatori a controllo elettronico ed attuazione elettromeccanica.

Gli impianti fotovoltaici e il privato.
In linea di massima, gli impianti fotovoltaici possono essere raggruppabili in due macrocategorie : gli impianti isolati dalla rete (detti stand-alone o off-grid) e gli impianti collegati alla rete elettrica ( detti grid- connected).
Illustriamo ora brevemente le due tipologie d'impianto.

Gli impianti isolati (o stand alone) si impiegano normalmente per alimentare delle utenze difficilmente collegabili alla rete pubblica perché di ubicazione particolare e per quelle con bassissimi consumi di energia, tali da non rendere conveniente il costo d'allacciamento. In questi sistemi è necessario immagazzinare l'energia elettrica per garantire la continuità dell'erogazione anche nei momenti in cui non viene prodotta.
Gli impianti isolati possono servire anche per edifici utilizzati solo periodicamente, come case di campagna o edifici per la villeggiatura. In definitiva, in caso di distanze dell'edificio superiori a 3-4 Km dalla rete di distribuzione elettrica, risulta conveniente l'installazione di un impianto fotovoltaico.

Gli impianti collegati alla rete (o grid-connected): con la delibera n.121 del 23 settembre 1998, è sta richiamata l'attenzione delle società distributrici dell'energia elettrica affinché permettano a tutti gli operatori che intendano produrre energia elettrica da fonti rinnovabili , di collegarsi con la rete pubblica. Tutto ciò è stato stabilito dall'Autorità per l'Energia ed il Gas. Con questa decisione si da la possibilità ad ogni operatore di vendere l'energia prodotta in eccesso alla Società elettrica distributrice, ai prezzi stabiliti dall'Autorità medesima, e di rifornirsi alla rete in continuo o nei momenti in cui la quantità di energia auto-prodotta fosse insufficiente.

Tipologie di posa.
Per l'applicazione dei pannelli fotovoltaici si sono affermate due principali tipologie di posa : la copertura piana e quella a falda inclinata .

Copertura piana : categoria di coperture più diffusa nei centri urbani di grandi dimensioni, soprattutto negli edifici dal dopoguerra in poi. Si applica prevalentemente su edifici che abbiano una struttura in cemento armato o acciaio sia mono che multipiano.Questa tipologia è sicuramente la più versatile poiché non richiede un orientazione.

Copertura a falda inclinata : categoria tipica di edifici appartenenti a centri urbani del nord ( o comunque tutte le località con inverni rigidi e nevosi).Presenta un vantaggio di inclinazione ottimale della superficie delle celle ottimale, favorendo l'integrazione del sistema energetico all'interno dell'architettura. L'unico difetto è rappresentato dall'obbligo di esposizione dovuto all'orientamento inalterabile dell'edificio, per cui solo gli edifici che presentano falda con orientamento a sud sono da considerare adatti ad alloggiare i sistemi fotovoltaici.
Le coperture a falda inclinata possono ancora suddividersi in:
- sovrapposte alla copertura preesistente: questo sistema svolge unicamente una funzione energetica, senza entrare nelle specifiche funzioni di protezione contro le intemperie dalla copertura a tegole che, comunque, rimane inalterata. In confronto ad altre tecnologie, questa è caratterizzata da un basso costo d'installazione, data la possibilità di ricorrere ad una serie di componenti pre-assemblati che richiedono di conseguenza una bassa manodopera;
- integrati nel rivestimento a tegole: questo sistema si differenzia da quello precedente per il fatto che il rivestimento in tegole viene parzialmente sostituito dai moduli fotovoltaico (tegole fotovoltaiche). In pratica questa soluzione, oltre a consentire una maggiore integrazione estetica ed architettonica nell'edificio, svolge, parzialmente, il ruolo funzionale di protezione contro le intemperie tipico del rivestimento a tegola. Rispetto alla tipologia precedente, questa è caratterizzata da un costo maggiore per l'installazione, data la necessità di ricorrere a componenti non standardizzati e ad una più impegnativa presenza di mano d'opera. Questa soluzione integrata è consigliata nel caso in cui il fabbricato sia compreso in zone soggette a vincoli di tutela architettonica o il fabbricato presenti pregevoli caratteristiche che debbano essere conservate.


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