Impianto Fotovoltaico

Un impianto fotovoltaico , anche sistema fotovoltaico o sistema di energia solare , è un sistema di alimentazione progettato per alimentare energia solare utilizzabile mediante fotovoltaico . È costituito da una disposizione di diversi componenti, tra cui i pannelli solari per assorbire e trasformare la luce del sole in elettricità, un inverter solare per cambiare la corrente elettrica da DC a AC, nonché il montaggio , il cablaggio e altri accessori elettrici per creare un sistema di lavoro. Può anche utilizzare un sistema di tracciamento solare per migliorare le prestazioni complessive del sistema e includere una soluzione di batteria integrata, Poiché i prezzi dei dispositivi di storage dovrebbero diminuire. In linea rigorosa, un array solare comprende solo l’insieme dei pannelli solari, la parte visibile del sistema fotovoltaico, e non include tutti gli altri hardware, spesso riassunti come bilancia del sistema (BOS). Inoltre, i sistemi fotovoltaici convertire la luce direttamente in elettricità e non devono essere confusi con altre tecnologie, come l’energia solare concentrata o la termica solare , utilizzata per il riscaldamento e il raffreddamento.

I sistemi fotovoltaici vanno dai piccoli sistemi montati sul tetto o integrati da impianti con capacità da pochi a diversi decine di chilowatt, fino alle grandi centrali elettriche centrali di centinaia di megawatt. Oggi, la maggior parte dei sistemi fotovoltaici sono collegati alla rete , mentre i sistemi off-grid o stand-alone rappresentano solo una piccola parte del mercato.

Operando silenziosamente e senza parti in movimento o emissioni ambientali , i sistemi fotovoltaici si sono sviluppati dall’essere applicazioni di mercato di nicchia in una tecnologia matura utilizzata per la generazione di elettricità. Un sistema a tetto recupera l’energia investita per la sua produzione e l’installazione in 0,7 a 2 anni e produce circa il 95 per cento della rete netta di energia rinnovabile per un ciclo di vita di 30 anni. : 30

A causa della crescita esponenziale del fotovoltaico , i prezzi dei sistemi fotovoltaici sono diminuiti rapidamente negli ultimi anni. Tuttavia, variano in base al mercato e alle dimensioni del sistema. Nel 2014 i prezzi dei sistemi residenziali a 5 chilowatt negli Stati Uniti sono stati di circa 3,29 dollari per watt , mentre nel mercato tedesco molto penetrato i prezzi dei sistemi a tetto fino a 100 kW sono diminuiti a 1,24 euro per watt. Oggi i moduli fotovoltaici solari rappresentano meno della metà del costo complessivo del sistema, lasciando il resto ai restanti componenti BOS e ai costi morbidi, tra cui l’acquisizione, il permesso, l’ispezione e l’interconnessione dei clienti, l’installazione del lavoro e Costi di finanziamento. : 14

Sistema moderno – Pescara
Panoramica – Pescara

Schema dei possibili componenti di un impianto fotovoltaico

Un impianto fotovoltaico converte la radiazione del sole in elettricità utilizzabile . Comprende l’array solare e l’equilibrio dei componenti del sistema. I sistemi fotovoltaici possono essere suddivisi in diversi aspetti: sistemi grid-linked o stand alone , sistemi integrati a quelli integrati, sistemi residenziali vs sistemi di utilità, sistemi distribuiti vs centralizzati, sistemi a tetto o sistemi a terra , Il sistema di tracking contro i sistemi di inclinazione fisso e nuovi sistemi costruiti o retrofitted . Altre distinzioni possono comprendere, sistemi con microinverters vs inverter centrale, sistemi che utilizzano silicio cristallino vs tecnologia a film sottile, E sistemi con moduli da produttori cinesi, europei e statunitensi.

Circa il 99 per cento di tutti i sistemi europei e il 90 per cento di tutti i sistemi di energia solare statunitensi sono collegati alla rete elettrica , mentre i sistemi off-grid sono un po ‘più comuni in Australia e Corea del Sud. : 14 sistemi fotovoltaici raramente utilizzano lo storage della batteria. Ciò potrebbe cambiare presto, poiché gli incentivi governativi per l’immagazzinamento di energia distribuita sono in fase di implementazione e gli investimenti in soluzioni di storage sono gradualmente diventabili economicamente vitali per i piccoli sistemi. Un pannello solare di un tipico sistema fotovoltaico residenziale è sul tetto, anziché integrato nel tetto o facciata dell’edificio montato su un telaio, in quanto questo è notevolmente più costoso. Centrali solari a scala di utilitàSono a terra, con pannelli solari inclinati fissi piuttosto che utilizzare costosi dispositivi di rilevamento. Il silicio cristallino è il materiale predominante utilizzato nel 90 per cento dei moduli solari prodotti in tutto il mondo, mentre il film sottile rivale ha perso quote di mercato negli ultimi anni. : 17-20 Circa il 70 per cento di tutte le celle solari e dei moduli sono prodotti in Cina e Taiwan, lasciando solo il 5 per cento a produttori europei e statunitensi . : 11-12 La capacità installata sia per i piccoli sistemi a tetto che per le grandi centrali solari sta crescendo rapidamente e in parti uguali, anche se c’è una tendenza notevole verso i sistemi di scala di utilità, poiché l’attenzione sulle nuove installazioni sta spostando via Dall’Europa alle regioni più soleggiate, come il SunbeltNegli Stati Uniti, che sono meno opposti alle aziende solari a terra e all’efficienza economica, è più sottolineata dagli investitori. : 43

Avanzato dai progressi tecnologici e dall’aumento della scala produttiva e della sofisticazione, il costo del fotovoltaico è in declino continuo. Ci sono diversi milioni di impianti fotovoltaici distribuiti in tutto il mondo, soprattutto in Europa, con 1,4 milioni di sistemi in Germania da sola : 5 – così come il Nord America, con 440.000 sistemi negli Stati Uniti, L’energia L’efficienza di conversione di un modulo solare convenzionale è aumentata dal 15 al 20% negli ultimi 10 anni : 17 e un impianto fotovoltaico recupera l’energia necessaria per la sua fabbricazione in circa due anni. In luoghi eccezionalmente irradiati, o quando si utilizza la tecnologia a film sottile, il cosiddetto tempo di rimborso energeticoDiminuisce a un anno o meno. : 30-33 La misurazione netta e gli incentivi finanziari, come le tariffe preferenziali per l’alimentazione elettrica prodotta da energia solare, hanno anche sostenuto notevolmente le installazioni dei sistemi fotovoltaici in molti paesi. Il costo indicato per l’elettricità dai sistemi fotovoltaici su larga scala è diventato competitivo con le fonti di elettricità convenzionali in un elenco in espansione delle regioni geografiche e la parità di rete è stata raggiunta in circa 30 paesi diversi.

A partire dal 2015, il mercato mondiale di energia fotovoltaica in rapida crescita sta rapidamente avvicinando il marchio di 200 GW – circa 40 volte la capacità installata del 2006. I sistemi fotovoltaici attualmente contribuiscono circa l’1 per cento alla generazione elettrica mondiale. I principali installatori di impianti fotovoltaici in termini di capacità sono attualmente Cina, Giappone e Stati Uniti, mentre metà della capacità mondiale è installata in Europa, con Germania e Italia che forniscono il 7% all’8% del loro rispettivo consumo elettrico domestico con PV solare. L’Agenzia internazionale per l’energia prevede che il potere solare diventi la più grande fonte di energia elettrica a livello mondiale entro il 2050, con fotovoltaico solare e concentrato termico solareContribuendo rispettivamente al 16% e all’11% alla domanda mondiale.

Connessione a griglia – Pescara

Articolo principale: Impianto fotovoltaico collegato alla griglia

Schematiche di un tipico sistema fotovoltaico residenziale
Un sistema collegato alla rete è collegato ad una più grande rete indipendente (tipicamente la rete elettrica pubblica) e alimenta energia direttamente nella griglia. Questa energia può essere condivisa da un edificio residenziale o commerciale prima o dopo il punto di misurazione delle entrate. La differenza è se la produzione energetica accreditata viene calcolata indipendentemente dal consumo energetico del cliente ( tariffa feed-in ) o solo sulla differenza di energia ( misurazione netta ). I sistemi connessi alla griglia variano di dimensione dalle stazioni residenziali (da 2 a 10 kW p ) alle stazioni di energia solare (fino a 10 s di MW p ). Si tratta di una forma di generazione elettrica decentralizzata. L’alimentazione dell’elettricità nella griglia richiede la trasformazione della corrente continua in AC mediante un inverter speciale di sincronizzazione di griglia . Nelle installazioni in kilowatt, la tensione del sistema lato CC è tanto elevata quanto consentita (in genere 1000V tranne gli Stati Uniti residenziali 600 V) per limitare le perdite ohmiche. La maggior parte dei moduli (60 o 72 celle di silicio cristalline) generano 160 W a 300 W a 36 volt. A volte è necessario o desiderabile collegare i moduli parzialmente in parallelo piuttosto che in serie. Un insieme di moduli collegati in serie è noto come ‘stringa’.

Scala del sistema – Pescara

I sistemi fotovoltaici sono generalmente classificati in tre segmenti di mercato distinti: sistemi di scala residenziale su rooftop, su rooftop commerciali e su scala a terra. Le loro capacità vanno da pochi kilowatt a centinaia di megawatt. Un tipico sistema residenziale è di circa 10 chilowatt e montato su un tetto inclinato, mentre i sistemi commerciali possono raggiungere una scala di megawatt e sono generalmente installati su tetti a bassa pendenza o addirittura piani. Anche se i sistemi montati sul tetto sono piccoli e presentano un costo più elevato per watt rispetto alle grandi installazioni su larga scala, rappresentano la quota più grande del mercato. C’è però una tendenza crescente verso centrali elettriche di dimensioni maggiori, specialmente nella regione “sunbelt” del pianeta. : 43

Utility scala
Articolo principale: Centrale fotovoltaica

Parco solare di Perovo in Ucraina
Grandi parchi o aziende agricole a scala di utilità sono centrali elettriche e in grado di fornire un’energia a un grande numero di consumatori. L’elettricità generata viene alimentata nella griglia di trasmissione alimentata da impianti di generazione centrale (impianto a griglia o impianto a griglia) o combinati con uno o più generatori elettrici domestici per alimentare una piccola griglia elettrica (impianto ibrido). In rari casi l’elettricità generata viene immagazzinata o utilizzata direttamente da un’isola / stabilimento autonomo. I sistemi fotovoltaici sono generalmente progettati per garantire la massima resa energetica per un determinato investimento. Alcune grandi centrali fotovoltaiche come Solar Star , Waldpolenz Solar ParkE Topaz Solar Farm coprono decine o centinaia di ettari e hanno potenze fino a centinaia di megawatt .
Tetto, mobile e portatile

Articolo principale: Centrale fotovoltaica sul tetto

Sistema sul tetto vicino a Boston , USA.

Un piccolo impianto fotovoltaico è in grado di fornire energia elettrica sufficiente per alimentare una singola casa, o addirittura un dispositivo isolato sotto forma di AC o DC elettrico. Ad esempio, i satelliti militari e civili di osservazione della Terra , le luci di strada , i segni di costruzione e di traffico, le automobili elettriche , le tende a energia solare e gli aerei elettrici possono contenere sistemi integrati fotovoltaici per fornire un potere primario o ausiliarioSorgente sotto forma di alimentazione AC o DC, a seconda delle esigenze di progettazione e di potenza. Nel 2013, i sistemi sul tetto rappresentavano il 60% delle installazioni a livello mondiale. Tuttavia, c’è una tendenza lontana dal tetto e dai sistemi fotovoltaici a scala di utilità, in quanto l’obiettivo delle nuove installazioni fotovoltaiche sta anche passando dall’Europa ai paesi della regione di sunbelt del pianeta in cui l’opposizione alle aziende solari a terra è meno accentuata. : 43
I sistemi portatili e mobili FV forniscono energia elettrica indipendente dai collegamenti di servizio, per l’operazione “off the grid”. Tali sistemi sono così comunemente utilizzati su veicoli ricreativi e barche che esistono rivenditori specializzati in queste applicazioni e prodotti specifici per loro. Poiché i veicoli ricreativi (RV) normalmente trasportano batterie e operano sistemi di illuminazione e altri sistemi di alimentazione nominale a 12 volt, i sistemi PV RV operano normalmente in una gamma di tensioni scelta per ricaricare direttamente batterie a 12 volt e aggiunta Un impianto fotovoltaico richiede solo pannelli, un controller di carica e cablaggi.
Costruire integrato

Articolo principale: Fotovoltaico integrato in edilizia

Parete BAPV vicino a Barcellona, ​​in Spagna
Nelle aree urbane e suburbane, gli array di fotovoltaici sono comunemente utilizzati sui tetti per completare l’uso del potere; Spesso l’edificio avrà un collegamento alla rete elettrica , nel qual caso l’energia prodotta dall’array fotovoltaico può essere venduta all’utilità in qualche tipo di contratto di misurazione netta . Alcune utenze, come Solvay Electric a Solvay, NY, utilizzano i tetti di clienti commerciali e pali telefonici per supportare il loro utilizzo di pannelli fotovoltaici. Gli alberi solari sono array che, come suggerisce il nome, imitano l’aspetto degli alberi, forniscono l’ombra, e di notte possono funzionare come luci di strada .
Prestazioni – Pescara
Le incertezze di reddito nel tempo si riferiscono principalmente alla valutazione della risorsa solare e alle prestazioni del sistema stesso. Nel migliore dei casi, le incertezze sono in genere il 4% per la variabilità climatica annuale, il 5% per la stima delle risorse solari (in un piano orizzontale), il 3% per la stima dell’irraggiamento nel piano dell’array, il 3% per il potere Valutazione dei moduli, 2% per perdite dovute a sporcizia e sporcizia, 1,5% per perdite dovute alla neve e 5% per altre fonti di errore. Identificare e reagire a perdite gestibili è fondamentale per le entrate e l’efficienza O & M. Il monitoraggio delle prestazioni dell’array può essere parte degli accordi contrattuali tra il proprietario dell’array, il costruttore e l’utilità che acquista l’energia prodotta. [ Citazione necessaria ]Recentemente, un metodo per la creazione di “giorni sintetici” utilizzando dati meteorologici prontamente disponibili e la verifica utilizzando il campo di prova Open Solar Outdoors consentono di prevedere le prestazioni dei sistemi fotovoltaici con elevati grado di precisione. Questo metodo può essere utilizzato per determinare i meccanismi di perdita su scala locale – come quelli della neve o gli effetti dei rivestimenti superficiali (ad es. Idrofobi o idrofili ) sulle sporcizie o perdite di neve. (Anche se negli ambienti pesanti con la neve con gravi interferenze nel suolo possono causare perdite annuali di neve del 30% ) L’accesso a Internet ha permesso un ulteriore miglioramento del monitoraggio e della comunicazione energetica. I sistemi dedicati sono disponibili da un numero di fornitori. Per i sistemi fotovoltaici a energia solare che utilizzano microinvertitori (conversione a pannello da DC a AC) vengono forniti automaticamente i dati di potenza del modulo. Alcuni sistemi consentono di impostare avvisi di prestazioni che attivano avvisi di telefono / email / testo quando i limiti vengono raggiunti. Queste soluzioni forniscono dati per il proprietario del sistema e per l’installatore. Gli installatori sono in grado di monitorare in remoto più installazioni e vedere in dettaglio lo stato dell’intera base installata. [ Citazione necessaria ]

Componenti – Pescara

L’ equilibrio dei componenti del sistema di un impianto fotovoltaico (BOS) equilibra il sottosistema generatore di potenza dell’array solare (lato sinistro) con il lato di alimentazione del dispositivo AC domestico e la griglia di servizio (lato destro).
Un impianto fotovoltaico per l’approvvigionamento di energia residenziale, commerciale o industriale è costituito dall’array solare e da una serie di componenti spesso riassunti come bilancia del sistema (BOS). Questo termine è sinonimo di “Balance of Plant” qv all’indirizzo https://en.wikipedia.org/wiki/Balance_of_plant . I componenti BOS comprendono impianti di condizionamento e strutture per il montaggio, tipicamente uno o più convertitori di corrente continua a corrente alternata , noto anche come inverter , un dispositivo di memorizzazione di energia, un sistema di racking che supporta l’array solare, i collegamenti elettrici e le interconnessioni e il montaggio per Altri componenti.

Opzionalmente, un equilibrio di sistema può includere uno o più dei seguenti elementi: credito di energia da fonti rinnovabili entrate-grade metri, massima inseguitore power point (MPPT), la batteria di sistema e il caricatore , GPS inseguitore solare , software di gestione dell’energia , di irraggiamento solare sensori, anemometro , O accessori specifici per l’attività progettati per soddisfare esigenze specifiche per un proprietario del sistema. Inoltre, un sistema CPV richiede lenti ottiche o specchi e talvolta un sistema di raffreddamento.

I termini “matrice solare” e “sistema fotovoltaico” vengono spesso utilizzati in modo errato in modo intercambiabile, nonostante il fatto che l’array solare non comprende l’intero sistema. Inoltre, “pannello solare” viene spesso utilizzato come sinonimo di “modulo solare” , anche se un pannello è costituito da una stringa di diversi moduli. Il termine ” sistema solare ” è anche un errore denominato per un impianto fotovoltaico.

Solare solare – Pescara
Ulteriori informazioni: Modulo FV
Le celle solari c-Si convenzionali , normalmente cablate in serie, sono incapsulate in un modulo solare per proteggerle dal tempo. Il modulo è costituito da un vetro temperato come copertura, una morbida e flessibile incapsulante , un backsheet posteriore in un atmosferici e resistente al fuoco materiale ed un telaio di alluminio intorno al bordo esterno. Collegati elettricamente e montati su una struttura portante, i moduli solari costruiscono una serie di moduli, spesso chiamati pannello solare. Un array solare è costituito da uno o più pannelli. Un array fotovoltaico, o un array solare, è una raccolta collegata di pannelli solari. Il potere che un modulo può produrre è abbastanza raramente per soddisfare i requisiti di una casa o di un’impresa, in modo che i moduli siano collegati tra loro per formare un array. La maggior parte degli array PV utilizza un inverter per convertire la potenza CC prodotta dai moduli in corrente alternata che può alimentare luci , motori e altri carichi. I moduli in una matrice PV sono di solito collegati in serie per ottenere la tensione desiderata ; Le singole corde vengono poi collegate in parallelo per consentire al sistema di produrre più corrente . I pannelli solari vengono tipicamente misurati in STC (condizioni di prova standard) o PTC (condizioni di prova PVUSA), in watt . I valori tipici del pannello variano da meno di 100 watt a più di 400 watt. La classificazione dell’array consiste in una sintesi delle valutazioni del pannello, in watt, kilowatt, o megawatt.

Modulo ed efficienza
Un tipico modulo fotovoltaico “150 watt” è di circa un metro quadrato di dimensione. Si può prevedere che un tale modulo produrrà in media ogni giorno 0,75 chilowattora (kWh), tenendo conto del tempo e della latitudine, per un’insolazione di sole 5 ore al giorno. Negli ultimi 10 anni, l’efficienza dei moduli di silicio cristallino a base di wafer media è aumentata da circa il 12% al 16% e l’efficienza del modulo CdTe è aumentata dal 9% al 13% nello stesso periodo. Uscita del modulo e vita degradata per maggiore temperatura. Permettendo che l’aria ambiente scorra e, se possibile dietro, i moduli fotovoltaici riducono questo problema. Le vite effettive del modulo sono tipicamente 25 o più anni. Il periodo di rimborso per un investimento in un’installazione solare PV varia notevolmente e in genere è meno utile di un calcolo del rendimento dell’investimento . Anche se è tipicamente calcolata tra i 10 ei 20 anni, il periodo di rimborso finanziario può essere molto più breve con incentivi.

Struttura solare a inclinazione fisso di pannelli di silicio cristallino a Canterbury, New Hampshire , Stati Uniti

Solare solare di una fattoria solare con poche migliaia di moduli solari sull’isola di Maiorca , in Spagna
A causa della bassa tensione di una singola cella solare (tipicamente circa 0,5V), diverse celle sono cablate (vedi anche rame utilizzato nei sistemi FV ) in serie nella fabbricazione di un “laminato”. Il laminato è assemblato in un involucro protettivo resistente alle intemperie, rendendo così un modulo fotovoltaico o un pannello solare . I moduli possono quindi essere raggruppati in un array fotovoltaico. Nel 2012 i pannelli solari disponibili per i consumatori possono avere un’efficienza fino a circa il 17%, Mentre i pannelli disponibili in commercio possono arrivare fino al 27%. È stato registrato che un gruppo dell’Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ha creato una cella che può raggiungere l’efficienza del 44,7%, che rende le speranze dei ricercatori di raggiungere la soglia di efficienza del 50% molto più fattibile.

Ombreggiatura e sporcizia
L’uscita elettrica delle celle fotovoltaiche è estremamente sensibile all’ombreggiamento. Gli effetti di questa ombreggiatura sono ben noti. Quando anche una piccola porzione di un modulo di celle, o matrice è ombreggiata, mentre il resto è al sole, l’uscita scende drammaticamente a causa interna ‘corto circuito’ (gli elettroni inversione corso attraverso La parte ombreggiata della giunzione pn). Se la corrente tracciata dalla stringa di celle di serie non è maggiore della corrente che può essere prodotta dalla cella ombreggiata, la corrente (e quindi potenza) sviluppata dalla stringa è limitata. Se è sufficiente una tensione sufficiente dal resto delle celle in una stringa, la corrente verrà forzata attraverso la cella rompendo la giunzione nella porzione ombreggiata. Questa tensione di rottura nelle celle comuni è compresa tra 10 e 30 volt. Invece di aggiungere al potere prodotto dal pannello, la cella ombreggiata assorbe il potere, trasformandola in calore. Poiché la tensione inversa di una cella ombreggiata è molto superiore alla tensione in avanti di una cella illuminata, una cella ombreggiata può assorbire il potere di molte altre celle nella stringa, impattando in modo sproporzionato l’output del pannello. Ad esempio, una cella ombreggiata può scendere 8 volt, invece di aggiungere 0,5 volt, ad un livello corrente, È quindi importante che un’installazione PV non sia ombreggiata da alberi o da altre ostruzioni.

Diversi metodi sono stati sviluppati per determinare le perdite di ombreggiatura da alberi a sistemi fotovoltaici oltre due grandi regioni utilizzando LiDAR , , ma anche a livello di sistema individuale utilizzando sketchup . La maggior parte dei moduli hanno i byodi di bypass tra ciascuna cella o una stringa di celle che riducono al minimo gli effetti di ombreggiatura e perdono solo la potenza della parte ombreggiata dell’array. Il lavoro principale del diodo bypass è quello di eliminare i punti caldi che si formano sulle cellule che possono causare ulteriori danni all’array e causare incendi. La luce solare può essere assorbita da polvere, neve o altre impurità sulla superficie del modulo. Ciò può ridurre la luce che colpisce le cellule. In generale queste perdite aggregate nel corso dell’anno sono piccole anche per località in Canada. Il mantenimento di una superficie del modulo pulito aumenta le prestazioni dell’uscita durante la durata del modulo. Google ha scoperto che la pulizia dei pannelli solari montati a scomparsa dopo 15 mesi ha aumentato la loro produzione di quasi il 100%, ma che i array inclinati del 5% sono stati adeguatamente puliti dall’acqua piovana.

Insolazione e energia

Potenziale solare globale
L’insolazione solare è costituita da radiazioni dirette, diffuse e riflesse . Il fattore di assorbimento di una cella fotovoltaica è definito come la frazione dell’irraggiamento solare incidente che viene assorbita dalla cella. Al mezzogiorno in un giorno senza nuvole all’equatore, il potere del sole è di circa 1 kW / m², sulla superficie terrestre, ad un piano perpendicolare ai raggi del sole. Come tali, gli array PV possono monitorare il sole attraverso ogni giorno per aumentare notevolmente la raccolta energetica. Tuttavia, i dispositivi di monitoraggio aumentano i costi e richiedono la manutenzione, quindi è più comune per gli array PV che dispongono di montanti fissi che inclinano l’array e affrontano il sole solare(Approssimativamente a sud nell’emisfero settentrionale o dovuto a nord nell’emisfero meridionale). L’angolo di inclinazione, da orizzontale, può essere variato per la stagione, ma se fissato, dovrebbe essere impostato per fornire un’uscita ottimale dell’array durante la quota massima di domanda elettrica di un anno tipico per un sistema autonomo. Questo angolo di inclinazione ottimale del modulo non è necessariamente identico all’angolo di inclinazione per ottenere l’uscita energetica massima dell’array annuale. L’ottimizzazione del sistema fotovoltaico per un ambiente specifico può essere complicata in quanto si dovrebbero prendere in considerazione emissioni di flusso solare, sporco e perdite di neve. Inoltre, i lavori recenti hanno dimostrato che gli effetti spettrali possono svolgere un ruolo nella scelta ottimale del materiale fotovoltaico. Ad esempio, l’ albedo spettralePossono svolgere un ruolo significativo in uscita a seconda della superficie attorno al sistema fotovoltaico e al tipo di materiale a cellule solari. Per il tempo e le latitudini degli Stati Uniti e dell’Europa, l’insolazione tipica varia da 4 kWh / m² / giorno nei climi settentrionali a 6,5 ​​kWh / m² / giorno nelle regioni più soleggiate. Un impianto fotovoltaico nelle latitudini meridionali dell’Europa o degli Stati Uniti può prevedere di produrre 1 kWh / m² / giorno. Un tipico impianto fotovoltaico da 1 kW in Australia o le latitudini meridionali dell’Europa o degli Stati Uniti, può produrre 3,5-5 kWh al giorno, dipendente da posizione, orientamento, inclinazione, insolazione e altri fattori. Nel SaharaDeserto, con meno copertura nuvolosa e migliore angolo solare, si potrebbe raggiungere in modo più vicino a 8,3 kWh / m² / giorno, a condizione che il vento quasi mai presente non soffia sabbia sulle unità. L’area del deserto del Sahara è di oltre 9 milioni di km². 90.600 km², ovvero circa l’1%, potrebbero generare tanto elettricità quanto tutte le centrali elettriche mondiali combinate.

Montaggio – Pescara
Articolo principale: Sistema di montaggio fotovoltaico

Un sistema fotovoltaico di 23 anni, montato a terra, dagli anni ’80 su un’isola del Frisone Settentrionale , in Germania. L’efficienza di conversione dei moduli è stata solo del 12%.
I moduli sono assemblati in matrici su un tipo di sistema di montaggio, che può essere classificato come supporto a terra, montaggio su tetto o supporto a palo. Per i parchi solari un grande rack è montato a terra e i moduli montati sul rack. Per gli edifici sono stati creati molti rack diversi per tetti piani. Per i tetti piani, le cremagliere, i contenitori e la costruzione di soluzioni integrate sono utilizzati. [ Citazione necessaria ]Le cremagliere del pannello solare montate sulla parte superiore dei poli possono essere stazionarie o in movimento, vedere i Trackers qui sotto. I montanti laterali sono adatti per situazioni in cui un palo ha altra parte montata nella sua parte superiore, ad esempio un apparecchio di illuminazione o un’antenna. Il montaggio a palo aumenta ciò che sarebbe altrimenti un array montato a terra sopra le ombre di bestiame e il bestiame e potrebbe soddisfare i requisiti di codice elettrico per quanto riguarda l’inaccessibilità dei cablaggi esposti. I pannelli montati a polo sono aperti a più aria di raffreddamento sul lato inferiore, che aumenta le prestazioni. Una molteplicità di cremagliere in polo può essere formata in un posto auto coperto o in un’altra struttura a tonalità. Un rack che non segue il sole da sinistra a destra può consentire l’aggiustamento stagionale su o giù.

Cablaggio – Pescara
Articoli principali: Cavo solare e cablaggio elettrico
A causa del loro utilizzo all’aperto, i cavi solari sono specificatamente progettati per essere resistenti alle radiazioni UV e ad elevate fluttuazioni di temperatura e generalmente non sono influenzate dal clima. Alcuni standard specificano l’utilizzo dei cablaggi elettrici nei sistemi FV, come ad esempio la IEC 60364 della Commissione elettrotecnica internazionale , nella sezione 712 “Sistemi di alimentazione a luce solare fotovoltaica (PV)” , il British Standard BS 7671 , che incorpora le norme relative alla microgenerazione E sistemi fotovoltaici, e lo standard americano UL4703 , nel soggetto 4703 “Filo fotovoltaico” .

Tracker – Pescara
Articolo principale: Tracker solare

Un modello 1998 di un tracker solare passivo, visto da sotto.
Un sistema di tracciamento solare oscilla un pannello solare per tutto il giorno. A seconda del tipo di sistema di tracciamento, il pannello è rivolto direttamente al sole o all’area più luminosa di un cielo parzialmente nuvoloso. I trackers notevolmente migliorano le prestazioni del mattino e del tardo pomeriggio, aumentando la quantità totale di energia prodotta da un sistema di circa il 20-25% per un tracker dell’asse singolo e circa il 30% o più per un tracker a doppio asse, a seconda della latitudine. Gli inseguitori sono efficaci in regioni che ricevono direttamente una grande quantità di luce solare. In luce diffusa (cioè sotto nuvola o nebbia), il tracciamento ha un valore poco o nessun valore. Perché il fotovoltaico più concentratoI sistemi sono molto sensibili all’angolo della luce solare, i sistemi di monitoraggio consentono loro di produrre potenza utile per più di un breve periodo ogni giorno. I sistemi di monitoraggio migliorano le prestazioni per due ragioni principali. In primo luogo, quando un pannello solare è perpendicolare alla luce del sole, riceve più luce sulla sua superficie che se fosse angolato. In secondo luogo, la luce diretta viene utilizzata in modo più efficiente della luce angolata. [ Citazione necessaria ] Speciale rivestimenti anti-riflettenti possono migliorare l’efficienza del pannello solare per la luce diretta e angolata, riducendo un po ‘il beneficio di monitoraggio.

I tracker e i sensori per ottimizzare le prestazioni sono spesso considerati opzionali, ma i sistemi di monitoraggio possono aumentare l’output efficace fino al 45%. Gli array PV che si avvicinano o superano un megawatt spesso utilizzano tracker solari. La contabilità delle nuvole e il fatto che la maggior parte del mondo non è sull’equatore e che il sole tramonta la sera, la misura corretta del potere solare è l’ insolazione – il numero medio di chilowattora per metro quadrato al giorno. Per il tempo e le latitudini degli Stati Uniti e dell’Europa, l’insolazione tipica varia da 2,26 kWh / m² / giorno nei climi settentrionali a 5,61 kWh / m² / giorno nelle regioni più soleggiate.

Per i grandi sistemi, l’energia ottenuta utilizzando sistemi di monitoraggio può superare la complessità aggiunta (i tracker possono aumentare l’efficienza del 30% o più). Per sistemi molto grandi , la manutenzione aggiuntiva del tracking è un danno sostanziale. Il monitoraggio non è necessario per sistemi fotovoltaici a schermo piatto ea bassa concentrazione . Per i sistemi fotovoltaici ad alta concentrazione, è necessaria una traccia a doppio asse. Le tendenze dei prezzi influenzano l’equilibrio tra l’aggiunta di più pannelli solari stazionari rispetto ad avere più pannelli che seguono. Quando i prezzi del pannello solare scendono, i tracker diventano un’opzione meno attraente.

Inverter – Pescara
Articoli principali: inverter solare , microinverter solare e inverter

Inverter centrale con scollegamenti AC e DC (sul lato), gateway di monitoraggio, isolamento del trasformatore e LCD interattivo.
I sistemi progettati per fornire corrente alternata (AC), quali le applicazioni connesse alla griglia, richiedono un inverter per convertire la corrente continua (DC) dai moduli solari in AC. Gli inverter collegati alla griglia devono fornire l’elettricità CA in forma sinusoidale, sincronizzati alla frequenza della griglia, alimentare il limite in tensione non superiore alla tensione di rete e scollegarsi dalla griglia se la tensione di rete è spenta. Gli inverter di isolamento necessitano solo di produrre tensioni e frequenze regolate in una sagoma sinusoidale in quanto non è necessaria alcuna sincronizzazione o coordinamento con le reti di rete.

Inverter a stringa (a sinistra), misuratore di generazione e disconnessione AC (a destra). Una moderna installazione di 2013 a Vermont , Stati Uniti.
Un inverter solare può collegarsi a una serie di pannelli solari. In alcune installazioni un micro-inverter solare è collegato ad ogni pannello solare. Per motivi di sicurezza, un interruttore è fornito sia sul lato AC che sul lato DC per consentire la manutenzione. L’uscita CA può essere collegata tramite un contatore elettrico nella rete pubblica. Il numero di moduli nel sistema determina i watt totale DC in grado di essere generati dall’array solare; Tuttavia, l’inverter determina in ultima analisi la quantità di watt AC che possono essere distribuiti per il consumo. Ad esempio, un impianto fotovoltaico che comprende 11 kilowatt cc (kW DC) Dei moduli fotovoltaici, accoppiati con un inverter da 10 kilowatt AC (kW AC ), sarà limitato all’uscita dell’inverter di 10 kW. A partire dal 2014, l’efficienza di conversione per i convertitori di ultima generazione è stata superiore al 98 per cento. Mentre gli inverter di stringhe vengono utilizzati nei sistemi fotovoltaici commerciali residenziali e di medie dimensioni, gli inverter centrali coprono il grande mercato commerciale e di scala di utilità. La quota di mercato per gli inverter centrali e stringa è rispettivamente del 50% e del 48%, lasciando meno del 2% ai microinvertitori.

Il monitoraggio massimo dei punti di potenza (MPPT) è una tecnica che utilizzano gli inverter collegati in rete per ottenere il massimo potere possibile dall’array fotovoltaico. Per farlo, il sistema MPPT dell’inverter digitalizza in modo digitale l’uscita di potenza della matrice solare e applica la giusta resistenza per trovare il punto di potenza ottimale ottimale .

L’anti-isola è un meccanismo di protezione che chiude immediatamente l’inverter impedendogli di generare una corrente alternata quando la connessione al carico non esiste più. Ciò avviene, ad esempio, nel caso di un blackout. Senza questa protezione, la linea di alimentazione diventerà un’isola con potenza circondata da un “mare” di linee non potenziate, in quanto l’array solare continua a fornire corrente continua durante l’interruzione dell’alimentazione elettrica. L’isola è un pericolo per i lavoratori di utilità, che non possono rendersi conto che un circuito CA è ancora alimentato e può impedire la ricollegazione automatica dei dispositivi.

Mercato inverter / convertitore nel 2014
Tipo Energia Efficienza (a)
Quota di mercato (b) Osservazioni
Invertitore di stringa Fino a 100 kW p (c) 98% 50% Costo (b) € 0,15 per watt-picco. Facile da sostituire.
Inverter centrale Superiore a 100 kW p 98,5% 48% € 0,10 per watt-picco. Alta affidabilità. Spesso venduti insieme ad un contratto di servizio.
Micro-inverter Modulo di potenza del modulo 90% -95% 1,5% € 0,40 per watt-picco. Facilità di problemi di sostituzione.
DC / DC convertitore
Ottimizzatore di potenza Modulo di potenza del modulo 98,8% n / a € 0,40 per watt-picco. Facilità di problemi di sostituzione. L’inverter è ancora necessario. Circa 0,75 GW P installato nel 2013.
Fonte: dati da IHS 2014, osservazioni di Fraunhofer ISE 2014, da: Rapporto fotovoltaico aggiornato a partire dall’8 settembre 2014, p. 35, PDF
Note : (a) migliori efficienze visualizzati, (b) quota di mercato e il costo per watt sono stimati, (c) kW p = chilo watt di picco
Batteria – Pescara
Articoli principali: Batteria ricaricabile e batteria (elettricità)
Benché costosi, i sistemi fotovoltaici utilizzano sempre più batterie ricaricabili per memorizzare un surplus da utilizzare più tardi durante la notte. Batterie utilizzate per grid-stoccaggio anche stabilizzare la rete elettrica da livellare i carichi di punta , e svolgono un ruolo importante in una rete intelligente , in quanto possono caricare durante i periodi di bassa domanda e alimentare la loro energia immagazzinata nella rete quando la richiesta è alta.

Le tecnologie di batteria comuni utilizzate nei sistemi PV di oggi includono la batteria al piombo acido regolata dalla valvola – una versione modificata della batteria al piombo convenzionale , del nickel-cadmio e dello ione di litiobatterie. Rispetto agli altri tipi, le batterie al piombo hanno una durata più breve e una densità di energia inferiore. Tuttavia, a causa della loro elevata affidabilità, scarsa autonomia, nonché bassi costi di investimento e manutenzione, sono attualmente la tecnologia predominante utilizzata nei sistemi fotovoltaici residenziali su piccola scala, in quanto le batterie agli ioni di litio sono ancora in fase di sviluppo e sono circa 3,5 volte Costose come batterie al piombo. Inoltre, poiché i dispositivi di immagazzinamento dei sistemi fotovoltaici sono stazionari, la minore energia e la densità di potenza e quindi il maggiore peso delle batterie al piombo-acido non sono altrettanto critiche, per esempio nel trasporto elettrico : 4,9 Altre batterie ricaricabili Considerati per i sistemi fotovoltaici distribuiti sono il sodio-zolfo e il redox di vanadioBatterie, due tipi prominenti di sale fuso e una batteria di flusso rispettivamente. : 4 Nel 2015, i motori Tesla hanno lanciato la Powerwall , una batteria ricaricabile agli ioni di litio, con l’obiettivo di rivoluzionare il consumo di energia.

I sistemi fotovoltaici con una soluzione di batteria integrata necessitano anche di un regolatore di carica , in quanto la tensione e la corrente variabili dell’array solare richiedono una regolazione costante per evitare danni da sovraccarico. I regolatori di carica di base possono semplicemente accendere e spegnere i pannelli fotovoltaici o mettere in moto impulsi di energia, se necessario, una strategia denominata PWM o modulazione di larghezza d’impulso . I controller di carica più avanzati incorporeranno la logica MPPT nei loro algoritmi di ricarica della batteria. I regolatori di carica possono anche deviare l’energia per un qualche scopo diverso dalla ricarica della batteria. Piuttosto che semplicemente spegnere l’energia fotovoltaica libera quando non è necessario, un utente può scegliere di riscaldare aria o acqua una volta che la batteria è piena.

Monitoraggio e misurazione – Pescara
Articoli principali: Misurazione della rete , Misurazione dell’energia e Smart meter
La misurazione deve essere in grado di accumulare unità di energia in entrambe le direzioni o devono essere utilizzati due metri. Molti metri si accumula bidirezionalmente, alcuni sistemi utilizzano due metri, ma un metro unidirezionale (con arresto) non accumulerà energia da qualsiasi alimentazione risultante nella griglia. In alcuni paesi, per impianti oltre 30 kW p una frequenza e un monitor di tensione con interruzione di tutte le fasi è richiesto. Ciò è fatto in cui viene generato più energia solare che può essere alloggiata dall’utilità e l’eccedenza non può essere esportata o memorizzata. Gli operatori di rete hanno storicamente bisogno di fornire linee di trasmissione e capacità di generazione. Ora hanno bisogno anche di fornire l’immagazzinaggio. Questo è normalmente idro-stoccaggio, ma vengono utilizzati altri mezzi di stoccaggio. Inizialmente è stata utilizzata l’immagazzinamento in modo che i generatori di basi di caricamento possano funzionare a piena produzione. Con energie rinnovabili variabili , è necessario immagazzinare per consentire la generazione di energia quando è disponibile e il consumo quando è necessario.

Un contatore elettrico canadese
Le due variabili che un operatore di griglia hanno per immagazzinare l’energia elettrica per quando è necessario o per trasmetterle dove è necessario. Se entrambi falliscono, le installazioni superiori a 30kWp possono spegnersi automaticamente, anche se in pratica tutti gli inverter mantengono la regolazione della tensione e smettono di fornire alimentazione se il carico è inadeguato. Gli operatori della griglia hanno la possibilità di ridurre la generazione in eccesso da grandi sistemi, anche se questo è più comunemente fatto con il vento che l’energia solare e provoca una notevole perdita di reddito. Gli inverter trifase hanno l’opzione unica di fornire una potenza reattiva che può essere vantaggiosa per soddisfare i requisiti di carico.

I sistemi fotovoltaici devono essere monitorati per rilevare la rottura e ottimizzarne il funzionamento. Ci sono diverse strategie di monitoraggio fotovoltaico a seconda dell’uscita dell’installazione e della sua natura. Il monitoraggio può essere eseguito in loco o in remoto. Può misurare solo la produzione, recuperare tutti i dati dall’inverter o recuperare tutti i dati dall’apparecchiatura di comunicazione (sonde, contatori, ecc.). Gli strumenti di monitoraggio possono essere dedicati esclusivamente alla supervisione o offrono funzioni aggiuntive. I singoli inverter e i regolatori di carica della batteria possono includere il monitoraggio utilizzando protocolli e software specifici del produttore. La misurazione dell’energia di un inverter può essere di precisione limitata e non idonea a fini di misurazione delle entrate. Un sistema di acquisizione dati di terze parti può monitorare più inverter, utilizzando i protocolli del produttore dell’inverter e acquisire anche informazioni relative alle condizioni atmosferiche. I contatori intelligenti indipendenti possono misurare la produzione totale di energia di un sistema di array PV. Misure separate come l’analisi di immagini satellitari o un misuratore di radiazioni solari (un piranometro ) possono essere utilizzati per stimare l’insolazione totale per il confronto. I dati raccolti da un sistema di monitoraggio possono essere visualizzati in remoto su World Wide Web, come OSOTF .

Altri sistemi – Pescara
Questa sezione include sistemi altamente specializzati e rari o ancora una nuova tecnologia emergente con un significato limitato. Tuttavia, standaloneO sistemi off-grid assumono un posto speciale. Sono stati i tipi più comuni di sistemi negli anni ’80 e ’90, quando la tecnologia fotovoltaica era ancora molto costosa e un mercato puro di nicchia di applicazioni su piccola scala. Solo nei luoghi in cui non era disponibile una griglia elettrica, erano economicamente vitali. Anche se nuovi sistemi autonomi sono ancora in fase di distribuzione in tutto il mondo, il loro contributo alla capacità complessiva installata fotovoltaica sta diminuendo. In Europa, i sistemi off-grid rappresentano l’1 per cento della capacità installata. Negli Stati Uniti, rappresentano circa il 10 per cento. I sistemi off-grid sono ancora comuni in Australia e Corea del Sud e in molti paesi in via di sviluppo. : 14

CPV – Pescara
Articolo principale: Fotovoltaico concentratore

Fotovoltaico concentratore (CPV) in Catalogna , Spagna
I fotovoltaici concentratori (CPV) ei sistemi ad alta concentrazione fotovoltaica (HCPV) utilizzano lenti ottiche o specchi curvi per concentrare la luce del sole sulle piccole ma altamente efficienti celle solari. Oltre a concentrare l’ottica, i sistemi CPV utilizzano i dispositivi di monitoraggio solare e sistemi di raffreddamento e sono più costosi.

Soprattutto i sistemi HCPV sono più adatti in posizione con elevata irradiazione solare, concentrando la luce solare fino a 400 volte o più, con efficienze del 24-28%, superando quelle di sistemi regolari. Vari modelli di sistemi CPV e HCPV sono commercialmente disponibili ma non molto comuni. Tuttavia, in corso di ricerca e sviluppo sta avvenendo. : 26

CPV è spesso confuso con CSP ( concentrato di energia solare ) che non utilizza fotovoltaico. Entrambe le tecnologie favoriscono luoghi che ricevono molta luce solare e stanno direttamente in competizione tra loro.

Hybrid – Pescara

Un sistema ibrido PV solare e solare
Un sistema ibrido combina PV con altre forme di generazione, di solito un generatore diesel. Viene inoltre utilizzato il biogas. L’altra forma di generazione può essere un tipo in grado di modulare l’output di potenza in funzione della domanda. Tuttavia più di una forma di energia rinnovabile può essere utilizzata, ad esempio il vento. La generazione di energia fotovoltaica serve a ridurre il consumo di combustibile non rinnovabile. I sistemi ibridi si trovano più spesso sulle isole. L’ isola di Pellworm in Germania e l’ isola di Kythnos in Grecia sono notevoli esempi (entrambi sono combinati con il vento). L’impianto di Kythnos ha ridotto il consumo di gasolio dell’11,2%.

Nel 2015, un caso-studio condotto in sette paesi ha concluso che in tutti i casi i costi generanti possono essere ridotti mediante ibridizzazione di mini-griglie e di griglie isolate. Tuttavia, i costi di finanziamento di tali ibridi sono fondamentali e dipendono in gran parte dalla struttura di proprietà della centrale elettrica. Mentre le riduzioni dei costi per le utilità statali possono essere significative, lo studio ha anche identificato i benefici economici per essere insignificanti o addirittura negativi per le utenze non pubbliche, come i produttori indipendenti di potenza .

Ci sono stati anche recenti lavori che dimostrano che il limite di penetrazione PV può essere aumentato mediante l’implementazione di una rete distribuita di sistemi ibridi PV + CHP negli Stati Uniti . La distribuzione temporale dei flussi solari, elettricità e riscaldamento per le residenze rappresentative statunitensi delle singole famiglie Analizzati e i risultati mostrano chiaramente che il cogenerazione ibrida con PV può consentire l’aggiunta di impianto fotovoltaico superiore a quello che è possibile con un tradizionale sistema di generazione elettrica centralizzata. Questa teoria è stata riconfermata con simulazioni numeriche usando i secondi dati di flusso solare per determinare che il backup della batteria necessaria per fornire un tale sistema ibrido è possibile con sistemi di batterie relativamente piccoli e poco costosi. Inoltre, sono possibili sistemi PV + CHP per gli edifici istituzionali, che forniscono nuovamente il backup per PV intermittente e riducono il runtime CHP.

Il sistema PVT (ibrido PV / T), noto anche come collettori solari termici ibridi fotovoltaici, converte la radiazione solare in energia termica ed elettrica. Tale sistema combina un modulo solare (PV) con un collettore termico solare in modo complementare.
Sistema CPVT . Unsistema ibrido fotovoltaico termico concentrato (CPVT) è simile ad un sistema PVT. Utilizza il fotovoltaico concentrato (CPV) invece della tecnologia convenzionale FV e lo unisce a un collettore termico solare.
Sistema CPV / CSP . Un nuovo sistema ibrido solare CPV / CSP è stato proposto di recente, combinando il fotovoltaico del concentratore con la tecnologia non PV del potere solare concentrato (CSP), o anche conosciuto come concentrato solare termico.
Sistema diesel PV . Combina un impianto fotovoltaico con un generatore diesel . Sono possibilicombinazioni con altre energie rinnovabili e includono turbine eoliche .
Archi solari galleggianti – Pescara
Gli array solari galleggianti sono sistemi fotovoltaici che galleggiano sulla superficie di serbatoi d’acqua potabile, laghi di cava, canali d’irrigazione o stagni di bonifica. Questi sistemi sono chiamati “floatovoltaics” quando utilizzati solo per la produzione elettrica o “aquavoltaics” quando tali sistemi sono utilizzati per valorizzare sinergicamente l’ acquacoltura . Un piccolo numero di tali sistemi esistono in Francia, India, Giappone, Corea del Sud, Regno Unito, Singapore e Stati Uniti.

Si dice che i sistemi abbiano vantaggi rispetto ai fotovoltaici a terra. Il costo del terreno è più costoso e ci sono meno regole e regolamenti per le strutture costruite su corpi d’acqua non utilizzati per la ricreazione. A differenza della maggior parte delle piante solari a terra, le matrici galleggianti possono essere sconnesse perché nascoste dalla vista pubblica. Ottengono efficienze superiori rispetto ai pannelli fotovoltaici a terra, perché l’acqua raffredda i pannelli. I pannelli hanno un rivestimento speciale per prevenire la ruggine o la corrosione.

Nel maggio 2008 la cantina Far Niente di Oakville, in California, ha introdotto il primo sistema di galleggiante a livello mondiale installando 994 moduli solari fotovoltaici con una capacità totale di 477 kW su 130 pontoni e galleggianti sul lago d’irrigazione della cantina. Il vantaggio principale di un tale sistema è che evita la necessità di sacrificare preziose aree di terra che potrebbero essere utilizzate per un altro scopo. Nel caso della cantina Far Niente, ha risparmiato tre quarti di acro che sarebbe stato richiesto per un sistema a terra. Un altro vantaggio di un sistema galleggiante è che i pannelli sono mantenuti ad una temperatura più fredda di quanto sarebbero sulla terra, portando ad una maggiore efficienza della conversione dell’energia solare. L’array PV galleggiante riduce anche la quantità di acqua persa per evaporazione e inibisce la crescita delle alghe.

Le fattorie fotovoltaiche galleggianti di scala di utilità cominciano a essere costruite. Il produttore Kyocera di elettronica e ceramica multinazionale svilupperà la più grande azienda agricola di 13,4 MW sul serbatoio sopra Dam Yamakura nella prefettura di Chiba utilizzando 50.000 pannelli solari. Anche le aziende galleggianti resistenti all’acqua salata sono considerate per l’uso degli oceani, con esperimenti in Thailandia. Il più grande progetto galleggiante annunciato finora è una centrale elettrica di 350 MW nella regione dell’Amazzonia del Brasile.

Griglia di corrente diretta – Pescara
Le reti DC si trovano nei trasporti elettrici: tram e tram della ferrovia. Alcuni impianti pilota per tali applicazioni sono stati costruiti, come i depositi di tram a Hannover Leinhausen, utilizzando i contributi fotovoltaici e Ginevra (Bachet de Pesay). La 150 kW p portale di Ginevra alimenta 600V DC direttamente nella rete elettrica tram / filobus mentre prima disponibile circa il 15% dell’energia elettrica alla sua apertura nel 1999.

Standalone – Pescara

Una capanna di montagna isolata in Catalogna , Spagna

Contatore di parcheggio solare a Edimburgo , Scozia
Un sistema stand-alone o fuori griglia non è collegato alla rete elettrica . I sistemi autonomi variano ampiamente dalle dimensioni e dall’applicazione da orologi da polso o da calcolatori a edifici remoti o spaziali . Se il carico deve essere fornito indipendentemente dall’insolazione solare , la potenza generata viene memorizzata e tamponata con una batteria. Nelle applicazioni non portatili in cui il peso non è un problema, come ad esempio negli edifici, le batterie al piombo sono più comunemente utilizzate per il loro basso costo e la tolleranza per abusi.

Un regolatore di carica può essere incorporato nel sistema per evitare danni alla batteria con cariche e scariche eccessive. Può anche aiutare ad ottimizzare la produzione dall’array solare utilizzando una tecnica di monitoraggio del punto di forza ( MPPT ). Tuttavia, nei semplici sistemi fotovoltaici in cui la tensione del modulo PV è abbinata alla tensione della batteria, l’uso dell’elettronica MPPT è generalmente considerato inutile, poiché la tensione della batteria è sufficientemente stabile per fornire una raccolta di energia vicino al modulo fotovoltaico. Nei piccoli dispositivi (ad es. Calcolatrici, parcheggiatori ) viene consumata solo corrente continua (DC). In sistemi più grandi (ad es. Costruzioni, pompe ad acqua remota) è necessario solitamente AC. Per convertire il DC dai moduli o dalle pile in AC, viene utilizzato un inverter .

Nelle impostazioni agricole , l’array può essere utilizzato per alimentare direttamente le pompe DC , senza la necessità di un inverter . Nelle impostazioni remoti come aree montuose, isole o altri luoghi dove non è disponibile una griglia di alimentazione, gli array solari possono essere utilizzati come la sola fonte di energia elettrica, di solito caricando una batteria di stoccaggio . I sistemi autonomi sono strettamente collegati alla microgenerazione e alla generazione distribuita .

Sistemi fotovoltaici Pico
I più piccoli sistemi fotovoltaici spesso portatili sono chiamati sistemi fotovoltaici pico solari, o pico solar. Combinano principalmente una batteria ricaricabile e un controller di carica, con un piccolo pannello fotovoltaico. La capacità nominale del pannello è solo un picco di watt (1-10 W p ) e la sua area è inferiore a un decimo di metro quadrato o un metro quadrato di dimensioni. Una vasta gamma di diverse applicazioni possono essere alimentati a energia solare come lettori musicali, ventilatori, lampade portatili, luci di sicurezza, kit di illuminazione solare, lanterne solari e illuminazione stradale (vedi sotto) , caricabatterie telefoniche, radio o anche un piccolo display da sette pollici Televisori, che funzionano a meno di dieci watt. Come avviene per la generazione di energia da pico hydro, I sistemi fotovoltaici pico sono utili in piccole comunità rurali che richiedono solo una piccola quantità di energia elettrica. Poiché l’efficienza di molti apparecchi è migliorata considerevolmente, in particolare grazie all’utilizzo di luci a LED e di batterie ricaricabili efficienti, il pico solar è diventato un’alternativa conveniente, soprattutto nel mondo in via di sviluppo. Il prefisso metrico rappresenta un trilione di miglia per indicare la piccolezza della potenza elettrica del sistema.
Luci di strada solare
Le luci di luce solare hanno sollevato sorgenti luminose alimentate da pannelli fotovoltaici generalmente montati sulla struttura di illuminazione. L’array solare di tale sistema FV off-grid carica una batteria ricaricabile , che alimenta una lampada fluorescente o LED durante la notte. Le luci di via solare sono sistemi autonomi di potenza e hanno il vantaggio di risparmiare sui costi di trenching, landscaping e manutenzione, nonché sulle bollette elettriche, nonostante i costi iniziali più elevati rispetto all’illuminazione tradizionale. Sono progettati con batterie sufficientemente grandi per assicurare il funzionamento per almeno una settimana e anche nella peggiore situazione, che si prevede di oscurare solo leggermente.
Telecomunicazioni e segnalazione
La potenza solare fotovoltaica è ideale per le applicazioni di telecomunicazione, quali lo scambio telefonico locale, la radiodiffusione televisiva, il microonde e altre forme di comunicazione elettronica. Questo perché nella maggior parte delle applicazioni di telecomunicazione le batterie di accumulo sono già in uso e il sistema elettrico è fondamentalmente DC. Nei terreni collinari e montani, i segnali radio e TV potrebbero non arrivare in quanto si bloccano o riflettono indietro a causa di un terreno ondulato. In questi luoghi vengono installati trasmettitori a bassa potenza per ricevere e ritrasmettere il segnale per la popolazione locale.
Veicoli solari
Il veicolo solare , sia a terra, in acqua, in aria o in veicoli spaziali, può ottenere una parte o tutta l’energia necessaria per il loro funzionamento dal sole. I veicoli a superficie richiedono generalmente livelli di potenza superiori a quelli sostenuti da una matrice solare praticamente dimensionata, per cui una batteria contribuisce a soddisfare la domanda di picco di potenza e la batteria solare lo ricarica. I veicoli spaziali hanno utilizzato con successo sistemi fotovoltaici solari per anni di funzionamento, eliminando il peso del carburante o delle batterie primarie.
Pompe solari
Una delle applicazioni solari più economiche è una pompa a energia solare, in quanto è molto più conveniente acquistare un pannello solare di quanto non sia quello di gestire linee elettriche. Spesso incontrano la necessità di acqua al di là della portata di linee elettriche, al posto di un mulino a vento o windpump . Un’applicazione comune è il riempimento di serbatoi per l’abbeveraggio di bestiame, in modo che i bovini pascoli possano bere. Un altro è il riempimento di serbatoi di acqua potabile in case remote o autosufficienti.
Navicella spaziale
I pannelli solari sulla nave spaziale sono stati una delle prime applicazioni del fotovoltaico dal lancio del Vanguard 1 nel 1958, il primo satellite per l’utilizzo di celle solari. Contrariamente a Sputnik , il primo satellite artificiale per orbitare il pianeta, che è uscito dalle batterie entro 21 giorni per la mancanza di energia solare, i più moderni satelliti di comunicazione e sonde spaziali nel sistema solare interno si basano sull’utilizzo dei pannelli solari Derivano l’elettricità dalla luce solare.
Fai da te la comunità
Con un crescente interesse per l’energia verde ecologica, un numero sempre crescente di hobbisti nella community DIY si sono impegnati a costruire i propri sistemi fotovoltaici solari dai kit o in parte da fai da te . Di solito, la comunità DIY utilizza sistemi poco costosi o ad alta efficienza (come quelli con il monitoraggio solare ) per generare il proprio potere. Di conseguenza, i sistemi di bricolage spesso finiscono più economici rispetto alle loro controparti commerciali. Spesso, anche il sistema è collegato alla rete elettrica regolare , utilizzando la misurazione nettaInvece di una batteria per il backup. Questi sistemi generano solitamente una potenza di ~ 2 kW o meno. Attraverso internet, la comunità è ora in grado di ottenere piani per (in parte) costruire il sistema e c’è un trend crescente per costruirli per esigenze domestiche.

Costi ed economia – Pescara
Media dei prezzi di sistema installati per sistemi fotovoltaici residenziali in Giappone, Germania e Stati Uniti ($ / W)

Storia dei prezzi del tetto solare dal 2006. Confronto in US $ per watt installato.
Giappone
stati Uniti
Germania
Il costo della produzione di celle fotovoltaiche è sceso a causa delle economie di scala nella produzione e dei progressi tecnologici nella produzione. Per le installazioni su larga scala, prezzi inferiori a 1,00 dollari per watt sono stati comuni al 2012. Un calo dei prezzi del 50% è stato raggiunto in Europa dal 2006 al 2011 e c’è un potenziale per ridurre il costo di produzione del 50% entro il 2020. Le celle solari di cristallo di silicio sono state largamente sostituite da celle solari a silicio multicristallino meno costose, mentre le celle solari di silicio a pellicola sottile sono state recentemente sviluppate a costi inferiori di produzione. Anche se sono ridotti nell’efficienza della conversione energetica da “siwafers” singoli cristallini, sono anche molto più facili da produrre a costi comparativamente inferiori.

La tabella seguente mostra il costo totale di centesimi US per kWh di energia elettrica generata da un impianto fotovoltaico. Le intestazioni di riga a sinistra indicano il costo totale, a picco kilowatt (kW p ), di un impianto fotovoltaico. I costi del sistema fotovoltaico sono in calo e, per esempio, in Germania sono stati riportati, ad esempio, la caduta a 1389 dollari / kW p entro la fine del 2014. Le intestazioni di colonna in cima si riferiscono alla produzione annua di energia in kWh attesa da ciascuna Installato kW p . Ciò varia a seconda della regione geografica perché l’ insolazione mediaDipende dalla nuvolosità media e dallo spessore dell’atmosfera attraversata dalla luce del sole. Dipende anche dal percorso del sole rispetto al pannello e all’orizzonte. I pannelli sono di solito montati ad angolo in base alla latitudine e spesso vengono regolati stagionalmente per soddisfare la declinazione solare cambiata . Il monitoraggio solare può anche essere utilizzato per accedere a luce solare ancora più perpendicolare, aumentando così l’uscita energetica totale.

I valori calcolati nella tabella riflettono il costo totale in centesimi per kWh prodotto. Essi assumono un costo totale del capitale del 10% (ad esempio il tasso di interesse del 4% , il costo operativo e di manutenzione dell’1%, e il deprezzamento dell’esecuzione del capitale in 20 anni). Normalmente, i moduli fotovoltaici hanno una garanzia di 25 anni.

Costo di chilowattora generato da un impianto fotovoltaico (US ¢ / kWh) a
seconda delle radiazioni solari e dei costi di installazione durante 20 anni di funzionamento

Stati Uniti d’America Giappone Germania Piccolo costo del sistema sul tetto e avg. Insolation applicato alla tabella dei dati, nel 2013
Gli appunti:
Costo per watt per il sistema sul tetto nel 2013: Giappone $ 4.64, Stati Uniti $ 4.92, e Germania $ 2.05
Chilowattora generata per picco di watt installato, in base all’isolamento medio per il Giappone (1500 kWh / m² / anno), Stati Uniti (5,0-5,5 kWh / m² / giorno), e Germania (da 1000 a 1200 kWh / m² /anno).
Uno studio del 2013 da parte dell’Istituto Fraunhofer conclude che i costi di LCOE per un piccolo impianto fotovoltaico sono di 0,16 dollari (0,12 €) piuttosto che 0,22 dollari per chilowattora come indicato nella tabella (Germania).
Sistema di costo 2013 – Pescara
Nella sua edizione 2014 della relazione sulla tecnologia “Energia solare fotovoltaica”, l’ Agenzia internazionale per l’energia (IEA) ha pubblicato i prezzi in US $ per watt per sistemi fotovoltaici residenziali, commerciali e di scala per otto principali mercati nel 2013.

Standardizzazione – Pescara
L’aumento dell’uso dei sistemi fotovoltaici e l’integrazione del potere fotovoltaico nelle strutture esistenti e nelle tecniche di approvvigionamento e distribuzione aumenta il valore degli standard generali e delle definizioni per i componenti e sistemi fotovoltaici. [ Citazione necessaria ] Gli standard sono compilati presso la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) e si applicano all’efficienza, alla durata e alla sicurezza delle celle, dei moduli, dei programmi di simulazione, dei connettori e dei cavi, dei sistemi di montaggio, dell’efficienza complessiva degli inverter ecc.

Pianificazione e permesso – Pescara
Mentre l’articolo 690 del Codice elettrico nazionale fornisce linee guida generali per l’installazione di impianti fotovoltaici, queste linee guida possono essere sostituite da leggi e regolamenti locali. Spesso è richiesto un permesso per richiedere piani e calcoli strutturali prima che possa iniziare il lavoro. Inoltre, molte località richiedono che il lavoro sia eseguito sotto la guida di un elettricista autorizzato. Controllare con la città / Contea AHJ (Autorità competente) per assicurare la conformità alle leggi o regolamenti applicabili.

Negli Stati Uniti , l’ autorità che ha giurisdizione (AHJ) riesaminerà i disegni e rilascerà licenze, prima che la costruzione possa legalmente iniziare. Le pratiche di installazione elettrica devono rispettare le norme stabilite nel Codice elettrico nazionale (NEC) e essere sottoposte ad ispezione da parte dell’AHJ per garantire la conformità con il codice di costruzione , codice elettrico e codice di sicurezza antincendio . Le giurisdizioni possono richiedere che l’apparecchiatura sia stata testata, certificata, elencata e etichettata da almeno uno dei laboratori nazionali di riconoscimento dei test(NRTL). Nonostante il complesso processo di installazione, un recente elenco di imprenditori di energia solare dimostra che la maggioranza delle imprese di installazione è stata fondata dal 2000.

Regolamenti nazionali – Pescara
Regno Unito
Nel Regno Unito, le installazioni PV sono generalmente considerate lo sviluppo consentito e non richiedono l’autorizzazione per la progettazione. Se la proprietà è elencata o in una zona designata (Parco Nazionale, Area di eccezionale bellezza naturale, Sito di interesse scientifico speciale o Norfolk Broads), è necessario il permesso di progettazione.

stati Uniti
Negli Stati Uniti, molte località richiedono il permesso di installare un impianto fotovoltaico. Un sistema a griglia normalmente richiede un elettricista autorizzato per effettuare la connessione tra il sistema e il cablaggio collegato alla rete dell’edificio. Gli installatori che soddisfano queste qualifiche si trovano in quasi tutti gli stati. Lo Stato della California vieta alle associazioni di proprietari di abitazioni di limitare i dispositivi solari.

Spagna
Sebbene la Spagna generi circa il 40% della sua elettricità attraverso fotovoltaici e altre fonti di energia rinnovabili e città come Huelva e Siviglia vantano quasi 3.000 ore di sole all’anno, la Spagna ha emesso un’imposta solare per tener conto del debito creato dall’investimento effettuato da Il governo spagnolo. Coloro che non si collegano alla griglia possono affrontare fino a una multa di 30 milioni di euro (40 milioni di dollari USA).