Con la realizzazione dell’impianto si intende conseguire un significativo risparmio energetico mediante il ricorso alla fonte energetica rinnovabile rappresentata dal Sole. Il ricorso a tale tecnologia nasce dall’esigenza di coniugare:
- la compatibilità con esigenze architettoniche e di tutela ambientale;
- nessun inquinamento acustico;
- un risparmio di combustibile fossile;
- una produzione di energia elettrica senza emissioni di sostanze inquinanti.
Ad oggi, la produzione di energia elettrica è per la quasi totalità proveniente da impianti termoelettrici che utilizzano combustibili sostanzialmente di origine fossile.
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Il dimensionamento energetico dell'impianto fotovoltaico connesso alla rete del distributore, oltre che della disponibilità economica, è stato effettuato tenendo conto di:
- disponibilità di spazi sui quali installare l'impianto fotovoltaico, con lo studio delle aree non idonee FER;
- disponibilità della fonte solare;
- fattori morfologici e ambientali (ombreggiamento e albedo).
5.1 Dati di irraggiamento solare
Come nella maggior parte degli impianti ad energia rinnovabile, la fonte primaria risulta aleatoria e quindi solo statisticamente prevedibile. Per avere riferimenti oggettivi sui calcoli di prestazione dei sistemi, si fa riferimento a pubblicazioni ufficiali che raccolgono le elaborazioni di dati acquisiti sul lungo periodo fornendo così medie statistiche raccolte in tabelle di anni-tipo.
I dati di irraggiamento solare, secondo il sistema SOLARGIS dati di CFSR dati (© NOAA NCEP, USA), 1994 - 2011 alle coordinate dell’impianto, su piano inclinato di 0° esposto a 0° di azimut (sud) sono riportati, a titolo esemplificativo ed indicativo, nella tabella 2.
MESI Hm
[kWh/m2]
Diffm [kWh/m2]
Gennaio 68.5 89.9
Febbraio 85.9 112.7
Marzo 135.5 177.9
Aprile 167.1 216.3
Maggio 210.2 275.3
Giugno 224.9 296.8
Luglio 240.0 319.0
Agosto 209.3 279.6
Settembre 148.3 192.7
Ottobre 113.0 148.4
Novembre 75.0 99.6
Dicembre 60.1 78.0
Totale per anno 1737.8 2286.1
Tabella 2. Calcolo dell'irraggiamento solare SOLARGIS dati di CFSR dati (© NOAA NCEP, USA), 1994-2011
Dove:
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Hm: Media della somma mensile dell'irraggiamento globale per m2 ricevuta dai moduli
Diffm: Media della somma mensile dell'irraggiamento globale diffusa per m2 ricevuta dai moduli
5.2 Dimensionamento, prestazioni e garanzie
La scelta della potenza nominale dell'impianto fotovoltaico è stata valutata in considerazione della disponibilità di superficie sulla quale porre i moduli fotovoltaici.
Verranno adottati criteri di selezione dei moduli per garantire la migliore uniformità delle loro prestazioni elettriche e quindi ottimizzare il rendimento delle stringhe; inoltre, saranno utilizzati componenti selezionati e cavi di sezioni adeguate per ridurre le perdite sul lato in corrente continua. In generale verranno esaminate con i fornitori dei componenti tutte le caratteristiche dei componenti stessi che hanno impatto con il rendimento del sistema, verranno individuati tutti gli accorgimenti volti a migliorarlo e verranno adottate le misure conseguenti.
L’impianto prevede l’impiego di moduli con una potenza di picco a 505 W cadauno, per un totale di 9026,37 kWp.Nella ipotesi di progetto, la superficie totale captante sarà di circa 43.077,77 m2.
La potenza di picco (Ptot) dell’impianto fotovoltaico in corrente continua definita come la somma delle potenze dei singoli moduli che li compongono misurate in condizioni standard. (radiazione 1 Kw/m 2, 25°C) risulta pari a:
Ptot=Pmod*Nmod= 505 x 17.874 = 9.026,37 KWp
La Potenza fornita in rete elettrica (Pca) tiene conto delle perdite del sistema dovute al discostarsi dalle condizioni standard ed alle perdite per la trasformazione della corrente continua in corrente alternata; si riportano di seguito le perdite ipotizzate:
Perdite per scostamento dalle condizioni di targa (temperatura) Perdite per riflessione
Perdite per mismatching tra stringhe(moduli) Perdite in corrente continua
Perdite sul sistema di conversione cc/ca Perdite nel trasformatore
Perdite per polluzione sui moduli Perdite nei cavi, quadri, ecc.
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Per una stima di massima del rendimento medio globale del sistema, considerando anche la riduzione delle prestazioni dei moduli nel tempo, si può considerare un valore pari a ηtot= 80% Quindi la potenza immessa in rete sarà pari a:
PCA =PTOT xη tot = 9.026,37 x 0,8 = 7.221,096kW
Per quanto riguarda la quantità di energia elettrica producibile viene calcolata, comunque, sulla base dei dati radiometrici rilevati dal sistema SOLARGIS dati di CFSR dati (© NOAA NCEP, USA), 1994 – 2011.
L'efficienza nominale del generatore fotovoltaico è numericamente data, in pratica, dal rapporto tra la potenza nominale del generatore stesso (espressa in kW) e la relativa superficie (espressa in m² e intesa come somma della superficie dei moduli). Per cui risulta essere pari a:
ηpv= Ptot / Spv dove Spv è la superficie totale del generatore fotovoltaico.
Si definisce superficie totale del generatore fotovoltaico la somma delle superfici dei singoli moduli. Ogni modulo occupa una superficie pari a Sm= 2187 mm x 1102 mm = 2,41 m² . La superficie totale sarà, quindi pari, a:
Spv = Sm x 19.124 = 43.077,77 m2 (superficie captante)
Per cui l'efficienza nominale del generatore fotovoltaico rispetto alle condizioni standard di l kW/m² risulta essere pari a circa:
ηpv= Ptot/SpV = 20,95%
L'energia producibile, in corrente continua, dal generatore fotovoltaico sarà pari al prodotto tra l'energia solare media annuale che arriva alla superficie dei moduli per l'efficienza nominale del generatore fotovoltaico per la superficie del generatore ovvero:
Ecc = Gm x ηpv x Spv =2286,1 KWh/m2 x 20,95 % x 43.077,77 m2 = 20.631,58 MWh
Se ora si assume come efficienza operativa media annuale dell'impianto ηtot = 80% si ottiene una produzione media annua di energia in corrente alternata pari a:
Eac = Ecc x ηtot = 20.631,58 MWh x 80% = 16,50GWh
L'intero impianto godrà di una garanzia non inferiore a due anni a far data dal collaudo dell'impianto stesso, mentre i moduli fotovoltaici godranno di una garanzia pari a 30 anni.
Inoltre, l’impianto fotovoltaico consente la riduzione di emissioni in atmosfera delle sostanze che hanno effetto inquinante e di quelle che contribuiscono all’effetto serra.
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5.3 Risparmio di combustibile
Un utile indicatore per definire il risparmio di combustibile derivante dall’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili è il fattore di conversione dell’energia elettrica in energia primaria [TEP/MWh].
Questo coefficiente individua le T.E.P. (Tonnellate Equivalenti di Petrolio) necessarie per la realizzazione di 1 MWh di energia, ovvero le TEP risparmiate con l’adozione di tecnologie fotovoltaiche per la produzione di energia elettrica.
Risparmio di combustibile in TEP TEP
Fattore di conversione dell’energia elettrica in energia primaria [TEP/MWh] 0,187
TEP risparmiate in un anno 3.085,5
TEP risparmiate in 30 anni 92.565
Tabella 3. Fonte dati: Delibera EEN 3/08, art. 2