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La casa senza gas: il fotovoltaico

Gli incentivi attualmente sono molteplici, sia per l'installazione, sia per la vendita di eventuale surplus di energia prodotta. Un approfondimento su: quale e quanta superficie posizionare l'impianto e quale sistema di accumulo scegliere

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Fotovoltaico

Se stiamo seriamente pensando alla casa senza gas e stiamo valutando di riqualificare energeticamente la nostra abitazione con la pompa di calore dobbiamo seriamente prendere in considerazione di installare anche un impianto fotovoltaico.

Avevamo iniziato ad analizzare il tema delle energie alternative con l’articolo Aumento prezzi riscaldamento: è possibile avere una casa senza gas? Le alternative, proseguiamo adesso con un nuovo approfondimento dedicato all’installazione dell’impianto fotovoltaico in quanto soluzione alternativa.

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La pompa di calore utilizza sì energia termica gratuita e proveniente dall’ambiente circostante, però lo fa attraverso il lavoro meccanico del compressore che consuma energia elettrica. Uno dei modi per produrre in loco l’energia elettrica in casa propria è quello di ricorrere al fotovoltaico. Il fotovoltaico non è obbligatorio però sarebbe auspicabile ogni qualvolta ci siano le condizioni per poterlo installare.

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I componenti dell’impianto fotovoltaico

L’impianto fotovoltaico è costituto da vari componenti i principali sono :

  1. i moduli fotovoltaici che convertono l’energia solare in corrente elettrica continua (c.c.);
  2. l’inverter con gli ottimizzatori di potenza che convertono la corrente da continua in alternata (c.c. – c.a);
  3. i cavi che portano la corrente dai moduli all’inverter e poi all’interno dell’abitazione;
  4. gli SPD (Surge Protection Device) che si occupano della protezione dai fulmini;
  5. l’eventuale batteria di accumulo elettrico.

Tralasciando i cavi e gli SPD, che sono due componenti che dovrà dimensionare il progettista sulla base delle esigenze specifiche del sito di progetto, vediamo per sommi capi quali caratteristiche devono avere gli altri tre componenti e cerchiamo di fare le prime riflessioni sulla loro reale convenienza valutandone i pro e contro.

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Quale posizione per ottenere le migliori prestazioni

Per prima cosa dobbiamo avere una superficie esposta al sole da dedicare all’installazione dei moduli fotovoltaici. In genere si mettono i moduli sul tetto o in giardino, ragion per cui sono avvantaggiati coloro che sono proprietari in un villino monofamiliare o una casa a schiera terra-tetto.

Possono pensare a questa soluzione anche coloro che vivono all’ultimo piano di un palazzo in cui sia possibile dialogare con gli altri proprietari per avere il permesso di effettuare questa installazione (essendo in questo caso il tetto non esclusivo del proprietario dell’ultimo piano).

L’esposizione ideale della superficie captante sarebbe quella di avere almeno una porzione o una falda esposta a sud, ma possono andare bene, avendo meno pretese in termini di rendimento anche esposizioni sud-est o sud ovest (l’importante sarebbe non avere esposizione nord).

Per fare delle prime considerazioni sui rendimenti potremo tenere a mente che:

  • l’irraggiamento solare di una superficie orizzontale esposta sud è
    Milano 1307 Kwh/anno Roma 1612 Kwh/anno Palermo 1784 Kwh/anno;
  • un fotovoltaico da 3kwp esposto a sud e inclinato di 15° sull’orizzontale produce mediamente:
    • Milano 4274 Kwh/anno;
    • Roma 5271 Kwh/anno;
    • Palermo 5834 Kwh/anno;
  • un fotovoltaico da 3kwp esposto a ad est o avest e inclinato di sempre di 15°:
    • Milano 3842 Kwh/anno -10%;
    • Roma 4691 Kwh/anno -11%;
    • Palermo 5191 Kwh/anno -11%.

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Quanta superficie occorre avere a disposizione

Stabilito che abbiamo una buona esposizione, se consideriamo di mettere il fotovoltaico sul tetto dell’abitazione, la seconda considerazione che dobbiamo fare è quanta superficie abbiamo? Infatti in base alla superficie da dedicare ai moduli avremo la speranza di avere un impianto più o meno potente.

Negli ultimi anni l’evoluzione tecnologica è stata velocissima e in pochi anni siamo passati da avere in commercio moduli da 250Wp (Watt di picco) a moduli da 400 e oltre Wp. Si tratta di moduli in genere di dimensioni di 110×165 cm che portano ad una superficie di 1,81mq e quindi passando da 138Wp/mq a 220Wp/mq. Tradotto in termini di di superficie significa se 5-10 anni fa per realizzare un impianto da 3 Kwp ci volevano circa 22mq oggi possiamo tranquillamente installarlo in 13 mq! Ragion per cui oggi più di ieri è possibile installarlo anche in situazioni con spazi più limitati.

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Il tipo di inverter può fare la differenza

Il secondo componente fondamentale per avere un buon impianto fotovoltaico è l’inverter.

L’inverter converte la corrente elettrica continua proveniente dai moduli in corrente alternata che può essere sfruttata dagli utilizzatori di casa (elettrodomestici). Un buon inverter ha un’efficienza di conversione dell’ordine del 95-98%. Quello che però fa la differenza è l’ottimizzatore o gli ottimizzatori di potenza, cioè la parte elettronica incaricata di trovare il punto di massima potenza (MPPT- Maximum Power Point Tracker). In genere fino a poco tempo fa gli inverter più piccoli avevano un solo ottimizzatore, i più potenti ne avevano due o tre in modo da poter gestire gruppi di moduli con esposizioni diverse (est-sud-ovest).

Se c’era una nuvola che passava o una zona con i moduli in ombra (quelli appartenenti ad una stringa), tutti gli altri moduli dovevano adeguarsi a quelli inflazionando la potenza e quindi la produzione di energia in certe determinate condizioni.

Questo ostacolo tecnologico è stato raggirato separando l’inverter dagli ottimizzatori di potenza e dotando di un ottimizzatore ogni modulo fotovoltaico. Ragion per cui se ad esempio paradossalmente installassimo 10 pannelli/moduli con 10 esposizioni diverse ogni modulo sarebbe ottimizzato per quella esposizione permettendo una produzione più alta di quello che si avrebbe con un inverter tradizionale.

La Solaredge ha brevettato questo tipo di tecnologia e per questa ragione si sta affermando come leader nel campo fotovoltaico.

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I sistemi di accumulo

Il fotovoltaico però, che si voglia o no, produce solo durante il giorno quando c’è la luce del sole, la pompa di calore invece è attiva potenzialmente sempre, ma soprattutto necessita di essere attivata di notte in cui vi è più richiesta di calore a causa delle temperature esterne più basse.

Da qui nasce l’esigenza di avere un accumulo di energia, cioè per disgiungere temporalmente il momento della produzione dal momento del consumo. I sistemi per accumulare energia sono principalmente tre:

  1. avere un involucro edilizio prestante che disperda pochissima energia termica;
  2. avere una batteria elettrica;
  3. avere un accumulo di energia termica.

Cerchiamo di capire meglio. Il sistema tradizionalmente conosciuto per evitare dispersione di calore è costruire l’involucro edilizio che abbia bassa trasmittanza e una elevata massa. I riferimenti di legge si per gli edifici nuovi sia per gli edifici vecchi vengono ristrutturati variano da zona climatica a zona climatica e in funzione del tipo di pacchetto edilizio.

I limiti di trasmittanza di si aggirano:

  • da 0,38w/mqK a 0,22 w/mqK per le pareti,
  • da 0,27 a 0,19 w/mqK per le coperture,
  • da 0,38 a 0,22w/mqK per i pavimenti e
  • da 2,60 a 1,00 w/mqK per gli infissi.

La massa dovrebbe essere rispettivamente superiore ai 230kg/mq oppure la trasmittanza periodica inferiore 0,12 w/mqK. Rispettare queste a caratteristiche significa ridurre di molto la dispersione di calore e ritardare il processo di molte ore, facendo sì che l’ involucro acquisti un elevata inerzia termica.

Le strutture edilizie diventano esse stesse accumulo di calore. La progettazione dell’involucro non si può ridurre sono alla verifica di questi parametri, ma tenerne di conto è fondamentale per andare verso gli edifici a basso impatto energetico (NZEB).

Se abbiamo il fotovoltaico possiamo accumulare il surplus di energia elettrica con una batteria, sfruttando durante le ore notturne l’energia elettrica accumulata durante il giorno. Le batterie possono essere integrate nell’inverter oppure separate. Per i fotovoltaici casalinghi è possibile avere potenze importanti di diversi Kwh di energia (fino a 24 -30 Kwh). La fanno da padrone, in questo segmento di settore, i produttori asiatici: LG , BYD, Huawei.

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Perché non è facile dotare l’impianto di un sistema di accumulo

Sembra tutto molto bello ma non è così semplice da attuare:

  1. se il sistema nasce senza accumulo non è cosi semplice dotarlo di batteria in un secondo momento facendo un retrofit;
  2. le batterie costano ancora molto (si parla mediamente di 1000€/Kw per quelle al litio);
  3. durante i cicli di carica e scarica le batterie invecchiano e diventano meno efficienti (mediamente la durata è di 3000-4000 cicli con una prospettiva di vita di 10-12 anni).

Il terzo modo per accumulare energia, è quello di dotarsi di un accumulo di calore interno all’impianto di riscaldamento. All’interno del circuito lato acqua, nella parte che si interpone tra pompa di calore (aria-acqua) e i terminali , viene inserito un “puffer” ovvero un grosso bollitore in cui viene stivato il calore. In questo caso il fotovoltaico produce elettricità durante il giorno, in questo periodo che c’è sovrapproduzione elettrica si attiva la pompa di calore che produce calore e lo accumula nel puffer; l’accumulo mantiene l’acqua in caldo e invia il surplus di calore ai terminali durante le ore notturne, evitando o riducendo al minimo l’accensione della pompa di calore e relativi consumi durante la notte.

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La difficile strada dell’indipendenza energetica

I tre sistemi di accumulo possono essere usati singolarmente o tutti tre al fine di creare una sinergia, e avvicinarsi a quella che viene chiamata “indipendenza energetica”.

Attenzione però, per arrivarci la strada è difficile e necessariamente dobbiamo attraverso una buona progettazione e una buona installazione che ci permetta di massimizzare il risparmio.

Se leggendo l’articolo il lettore si è finalmente convinto a passare al fotovoltaico va detto che gli incentivi attualmente sono molteplici, sia per l’installazione e che per la vendita di eventuale surplus di energia prodotta. Per l’installazione abbiamo la possibilità di ricorrere al 50% per ristrutturazione o al superbonus 110%. Se decidiamo di non mettere l’accumulo della batteria elettrica e utilizziamo la rete come fonte per gestire il surplus di energia possiamo ricorrere allo scambio sul posto o sul ritiro dedicato.

Consigliamo

Efficienza energetica degli impianti tecnologici

Efficienza energetica degli impianti tecnologici

Il sistema edificio-impianto è di fondamentale importanza per ottenere prestazioni energetiche ottimali e rispondere così alla crescente esigenza di realizzare o trasformare manufatti edilizi a bassa efficienza in strutture con alte o altissime prestazioni. Purtroppo, gli impianti tecnologici, essendo prevalentemente nascosti all’interno dell’edificio, tendono troppo spesso a essere trattati dagli operatori del settore come elementi di importanza secondaria. Questo libro è stato scritto per rimarcare il loro ruolo centrale.
L’opera, dopo avere fornito alcune fondamentali definizioni e chiarito essenziali concetti base, tratta le principali tipologie di impianti tecnologici: dalla ventilazione meccanica controllata (VMC), agli impianti di riscaldamento, climatizzazione e idrico sanitario fino agli impianti elettrici.
Ogni impianto viene trattato secondo una impostazione base che facilita la consultazione e l’uso del manuale:
• Caratteristiche peculiari
• Indicazioni per la progettazione e l’installazione
• Soluzioni per l’efficienza energetica
• Riferimenti normativi
Ove pertinente, infine, sarà riportato il punto di vista delle norme UNI/TS 11300 quali base di calcolo di riferimento per il recepimento a livello nazionale della legislazione europea sul rendimento energetico in edilizia degli impianti.

Enea Pacini, Architetto, libero professionista, si occupa di progettazione, installazione e manutenzione di impianti. Sostenitore della tesi che “la casa è una macchina per abitare”, da sempre pone l’attenzione sull’analisi del sistema edificio-impianto. Iscritto negli elenchi del Ministero degli interni come professionista antincendio, da diversi anni è socio AICARR.

Volumi collegati
• Manutenzione, ricostruzione e risparmio energetico, N. Mordà, C. Carlucci, M. Stroscia, II ed. 2019
• Impianti idrico-sanitari, di scarico e di raccolta delle acque nell’edilizia residenziale, F. Re Cecconi, M. Fiori, II ed. 2018
• Progettazione degli impianti di climatizzazione, L. De Santoli, F. Mancini, I ed. 2017

Leggi descrizione
Enea Pacini, 2019, Maggioli Editore
28.00 € 26.60 €
Sistemi Fotovoltaici

Sistemi Fotovoltaici

Il volume è una guida completa i) alla progettazione degli impianti fotovoltaici grid-connected, anche dotati di sistemi di accumulo, ii) alla presentazione degli interventi di manutenzione per ottimizzarne le prestazioni, iii) alla trattazione delle tematiche inerenti agli ammodernamenti tecnologici eseguiti su impianti in esercizio (revamping e repowering), iv) alla generazione distribuita residenziale ed industriale e ai sistemi di potenza multimegawatt ed utility-scale. 

Il testo mostra l’architettura di un sistema fotovoltaico, fornendone gli elementi necessari per il corretto dimensionamento impiantistico, descrivendone approfonditamente l’ingegneria di sistema: dal gruppo di generazione fino al punto di connessione alla rete elettrica.

Il volume è aggiornato alla normativa elettrica vigente, anche con particolare attenzione alle recenti disposizioni normative in tema di implementazione dei sistemi di accumulo all’interno del sistemo elettrico.

Una parte del volume è dedicata all’esercizio in parallelo con la rete elettrica dei sistemi fotovoltaici, descrivendone le tipologie di connessione in bassa, media ed alta tensione, gli aspetti progettuali e l’iter TICA – dalla richiesta di connessione inoltrata al gestore di rete, fino alla realizzazione delle opere di rete. 

Il testo mostra le operazioni di manutenzione ordinaria standard, fino ad arrivare all’analisi termografica realizzata con droni. 

Sono illustrati casi di impianti fotovoltaici “under performing”, e mostrati nel dettaglio esempi di malfunzionamenti o guasti di moduli fotovoltaici ed altri componenti di impianto che comportano riduzione del performance ratio.

Il testo mostra tutti gli adempimenti burocratici a cui occorre ottemperare al fine di evitare sanzioni economiche e garantire il mantenimento del diritto all’incentivo e alle convenzioni GSE per impianti incentivati e impianti fotovoltaici eserciti in grid/market parity.

Di prezioso ausilio pratico risultano essere le 15 relazioni tecniche di impianti fotovoltaici, complete di schemi elettrici e calcoli progettuali – rilasciati nello spazio web a disposizione del lettore.

 

Alessandro Caffarelli
Ingegnere aerospaziale, è CTU presso il Tribunale Ordinario di Roma. Ha progettato e diretto lavori per oltre 700 MW di impianti fotovoltaici ed eolici. È socio fondatore di Intellienergia ed attualmente Business Development Manager per EF Solare Italia.
Giulio de Simone
Ingegnere meccanico, Ph.D. in Ingegneria dell’Energia e Ambiente. È socio fondatore e CEO di Intellienergia. Ha progettato e diretto lavori per oltre 500 MW di impianti di produzione di energia rinnovabile.
Angelo Pignatelli
Ingegnere elettronico, Ph.D. in Ingegneria dei Sistemi, PMP presso il Project Management. Ha progettato e diretto lavori per oltre 200 MW di impianti di produzione di energia rinnovabile. 
Kostantino Tsolakoglou
Ingegnere aerospaziale, MSc, si occupa di sviluppo, progettazione, asset management e O&M di impianti utility scale. È Head of Engineering presso una delle maggiori realtà europee in ambito fotovoltaico. Gli autori sono docenti per conto dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma.

Leggi descrizione
Alessandro Caffarelli, Angelo Pignatelli, Giulio de Simone, Konstantino Tsolakoglou, 2021, Maggioli Editore
69.00 € 65.55 €

Foto:iStock.com/chinasong


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