Fotovoltaico Multi Giunzione rendimenti

 La tecnologia legata al "solare" non è molto progredita negli ultimi anni anche se la direzione è sempre la stessa, aumentare l'efficienza dei moduli, oscillante oggi tra il 13% dei pannelli fotovoltaici a basso costo ed il 20% di quelli ad alto rendimento. 

La novità è rappresentata dai pannelli fotovoltaici a giunzione multipla che potrebbero aumentare l'efficienza facendola arrivare quasi al 40% (i migliori moduli attualmente sul mercato sono i SUNPOWER che raggiungono a malapena il 25%). Ciò significherebbe metà spazio necessaria per un impianto fotovoltaico oppure usando le stesse dimensioni, raddoppio di produzione di energia elettrica. 

Che cosa sono e come funziona la tecnologia dei pannelli fotovoltaici a giunzione multipla: Al giorno d'oggi la maggior parte dei pannelli fotovoltaici usa una giunzione singola per creare un campo elettrico all' interno del semiconduttore di silicio. In una cella a singola giunzione solo i fotoni che hanno energia uguale o più grande dello spettro di banda della stessa cella possono liberare un elettrone all' interno del circuito. 

In poche parole la risposta del modulo fotovoltaico a singola giunzione è limitata alla porzione dello spettro solare la cui energia è al di sopra del gap di banda del materiale assorbente, i fotoni con l' energia inferiore non vengono utilizzati e quindi si sprecano. 

Per sfruttare al massimo l'energia del sole si possono usare due o più differenti celle, con più di uno spettro di banda e più di una giunzione per generare il voltaggio. Si chiamano pannelli a giunzione multipla oppure a "cascata" o in "tandem". I pannelli con celle a multi-giunzione possono aumentare la loro conversione ed incrementare l'efficienza utilizzando parti più ampie dello spettro di banda solare. 

Un dispositivo a multigiunzione è fatto di una pila di celle ordinate in ordine decrescente di spettro di banda. La cella più in alto cattura i fotoni con energia più grande e passa il resto dei fotoni che non riesce ad assorbire a quella successiva e così via. Gran parte della ricerca di oggi sulle celle multigiunzione si concentra su materiali come arseniuro di gallio da usare nei pannelli. 

Le prove effettuate hanno fatto raggiungere un'efficienza di circa il 35%. Altri materiali studiati per i dispositivi multigiunzione sono stati il silicio amorfo e il diseleniuro di indio e rame.

Un gruppo di scienziati dell'Università di Tampere in Finlandia ha sviluppato una cella solare multigiunzione III-V che si ritiene abbia il potenziale per raggiungere un'efficienza di conversione dell'energia vicina al 50%. (fonte)

Presentato nel documento Celle solari multigiunzione reticolari a copertura spettrale ampia (0,7–2,2 eV) basate su materiali AlGaInP, AlGaAs e GaInNAsSb , pubblicato su Progress of Photovoltaics , il dispositivo a quattro giunzioni è stato costruito con tre diversi materiali III-V: i fosfuro di ndium gallio (InGaP) per la prima giunzione ; arseniuro di gallio (GaAs) per il secondo elemento; e gallio-indio-nitruro-arseniuro-antimonio ( GaInNAsSb) per le altre due giunzioni.

I quattro dispositivi hanno bandgap di 1,88, 1,42, 1,17 e 0,93 elettronvolt (eV), rispettivamente, e la loro combinazione, secondo i ricercatori, raggiunge un'ampia copertura spettrale. "Questa struttura copre, in modo efficiente, l'intervallo spettrale di 350-1.310 nm, in cui l'efficienza intra-banda può teoricamente raggiungere oltre il 52% di efficienza ", hanno spiegato gli scienziati. “Ipotizzando l'uso di materiali con bandgap ottimali di 2, 1,51, 1,16 e 0,79 eV, stimiamo plausibile raggiungere un'efficienza del 49,8% a 1.500 soli, a causa delle ridotte perdite di trasmissione e termalizzazione”.

Quanta energia produce un pannello solare

La domanda, banale ma non scontata, su quanto ammonti la produzione di un impianto fotovoltaico è quella più gettonata tra gli utenti. Gli elementi che influenzano la quantità di energia solare trasformata in corrente elettrica sono tanti e diversi tra loro. Innanzitutto c'è il rendimento di un pannello. Ci sono moduli e moduli. Quelli ad alta efficienza, al top ci sono marche come SUNPOWER e Sanyo-Panasonic,  riescono ad avere performance del 20% contro una media del 14-15%. Già questo è significativo. Prima di qualsiasi elemento però dobbiamo prendere in considerazione la mappa della radiazione solare italiana, vedi foto sotto e clicca per ingrandirla.

E' abbastanza palese che più andiamo al sud, più ci avviciniamo all' equatore e maggiore è l'insolazione.

Come leggere la mappa: nella colonna di destra ci sono dei valori che si riferiscono ad un impianto di 1 kwp e corrispondono ad un colore. Il rosso intenso è quello della Sicilia, qui un sistema fotovoltaico da 1 kwp riesce a produrre anche 1700 kilowatt l'anno. Al centro Italia siamo nell' ordine dei 1500 kilowatt l'anno e al Nord di 1400. Ovviamente dipende anche dalle annate e di valori dati sono molto ottimistici. Possono esserci anni con molte piogge ed anni più clementi dal punto di vista climatico. I valori comunque sono quelli medi.

Cìè il fattore nebbia poi. Il sole c'è, potrebbe colpire i pannelli solari, ma ad esempio in molte zone della Pianura Padana viene coperto dalla nebbia. In questo caso c'è differenza se un impianto è installato sopra una collina o montagna oppure in una vallata colpita dalla nebbia.

AMORFO vs SILICIO: il rendimento di un pannello come detto è riportato nel datasheet del modulo. Quelli a silicio cristallino rendono di più rispetto a quelli thin film, a pellicola sottile. Meglio monocristallino e meglio potenze più alte. Un modulo da 300 watt rende di più di uno da 200. I rendimenti di un thin film si attestano sul 9% circa.

Altro fattore che influenza sul rendimento e sulla produzione di energia elettrica è l'inclinazione. Solitamente gli impianti devono essere esposti verso sud con inclinazione di 30%. Si riesce ad aumentare il rendimento se un inseguitore fa ruotare l'impianto per avere sempre la migliore inclinazione. I costi però dell'energia elettrica del motore potrebbero però compensare la maggiore produzione.

Pulizia: i moduli fotovoltaici vanno puliti. Lo sporco, il guano di uccelli e altre cose che possono "oscurare" i pannelli abbassano la produzione.

L'andamento del prezzo dei moduli fotovoltaici per il 2020

Quali saranno i prezzi dei pannelli fotovoltaici nel 2020, quale è la tendenza nel mondo? Una domanda che si pongono tutti coloro che desiderano compiere questo investimento, ma prima di farlo, vorrebbero avere le idee più chiare e avvantaggiarsi di un eventuale calo dei prezzi nei mesi a venire. Ad oggi, anche il fotovoltaico sta risentendo dell’attuale crisi economica. 

Ad ogni modo, in questi ultimi anni gli impianti fotovoltaici hanno conosciuto una grandissima diffusione e sono sorte numerose aziende in grado di proporre questo tipo di impianti. Una corsa al ribasso sembra essere più che probabile, seppur in maniera meno rapida però, rispetto a ciò che si è verificato negli ultimi anni. I motivi?

Appare piuttosto difficile che il fotovoltaico registri un nuovo boom senza un piano di incentivi ben strutturato, dato che, pur essendo un buon investimento, non consente un rientro immediato. Il quinto conto energia si è esaurito a luglio 2013 e il vantaggio per coloro che intendono installare un impianto si rifà solo alle detrazioni fiscali del 50% (fino al 31 dicembre 2013, dopodichè passeranno al 36%) e allo "scambio sul posto (l'energia prodotta in eccesso durante il giorno viene scambiata col gestore energetico con quella di cui abbiamo bisogno durante la notte).

Ad ogni modo le detrazioni fiscali del 50% fino al 31 dicembre 2016, a partire dal 2017 passeranno al 36%, fanno ottenere un bel risparmio fiscale.

Oggi chi desidera risparmiare acquista pannelli fotovoltaici provenienti dalla Cina. I primi cinque produttori al mondo proprio cinesi: Trina Solar, Yingli, Suntech, Renesola, China Enegy e China Sunergy. 

Quest’ultimi presentano presenti che vanno da un minimo di 70 cent ad un massimo di 0.90 euro per watt. Quelli di qualità superiore, invece, presentano un costo che parte da un minimo di 1.30 euro per watt fino a 1,5 euro di pannelli ad alto rendimento (circa il 20%) come Sunpower e Panasonic (ex Sanyo). Ad incidere in maniera considerevole sull’installazione di un impianto fotovoltaico vi è il prezzo dei moduli (circa il 70% del costo totale). Poi dobbiamo acquistare Inverter, cavi, contatori, supporto di ancoraggio.

E’ bene però precisare che i moduli solari sono le componenti principali di un impianto fotovoltaico, pertanto, risparmiare sulle dette componenti potrebbe rivelarsi controproducente, dato che in caso di scarsa qualità la resa potrebbe lasciare a desiderare. 

Ad ogni modo, i costi dei moduli dovrebbero abbassarsi da un massimo di 2.31 euro al Kw fatto registrare alla fine del 2012 a circa 1.50 per Watt, fino a giungere ad un prezzo minimo di 0,90 euro per watt nel 2022.

Cosa significa tutto ciò nel concreto? Semplicemente che il prezzo medio per una famiglia che decide di acquistare un pannello fotovoltaico da 3 Kw, che nel 2008 veniva venduto alla ragguardevole somma di 20.000 euro e nel 2013 a 6.000 euro, nei prossimi mesi dovrebbe scendere al di sotto dei 5000 euro. Ovviamente una mano in tal senso verrà data da un eventuale "sesto conto energia" che incrementerebbe la domanda con conseguente abbattimento dei costi.  

Impianto solare termodinamico per acqua Calda

L'impianto solare termodinamico, detto anche a concentrazione, a differenza di altre tipologie di impianti, va a sfruttare come fonte di alimentazione l'energia solare, la pioggia e il vento per originare la produzione di acqua calda con temperature che possono raggiungere anche i 65 gradi. 

Si tratta di sistemi che lavorano 24 ore al giorno in qualunque periodo dell'anno e che offrono rendimenti molto superiori ai sistemi classici. Oltre ad essere perfetti per la produzione di acqua calda sanitaria, sono l'ideale anche per assicurare un riscaldamento a bassa temperatura: riscaldamento di piscine chiuse o all'aperto, pavimenti radianti, ventilconvettori, etc. 

Presentano ingombri veramente minimi e sono facilissimi da installare. Come se non bastasse, è possibile beneficiare di detrazioni fiscali del 65% fino al 31 dicembre 2013 (decreto letta). 

Vantaggi finiti? Assolutamente no! I sistemi solari termodinamici possono essere integrati alla perfezione con degli impianti già installati come le caldaie tradizionali (a gasolio, gas, etc) o pannelli solari termici. L'unità interna può trovarsi tranquillamente all'interno dell'abitazione, mentre nel caso in cui siano previsti pannelli esterni, quest'ultimi possono essere immessi ovunque l'utente desideri. 

Punti di forza:

questo tipo di impianti ha l'innovazione dalla propria parte. Grazie ad essi, infatti.sarà possibile riscaldare l'acqua grazie ad un sistema di pompe di calore che va ad utilizzare come evaporatore un pannello termodinamico del peso (insignificante) di 8 chili e uno scambiatore interno, atto all'assorbimento dell'energia ambientale e soprattutto solare. 

Grazie a questo processo "proficuo", l'impianto va a registrare un aumento globale delle prestazioni. Ad ogni modo, si tratta di impianti capace di assorbire l'energia solare ambientale per provvedere al riscaldamento dell'acqua garantendo consumi piuttosto ridotti, se confrontati con i sistemi classici. Se poi si paragona un impianto solare termodinamico ai sistemi solari termici, è bene sapere che i primi raggiungono rendimenti maggiori anche del 20%. 

In parole povere, l'impianto termodinamico presenta un'elevatissima efficienza energetica e vanta un assorbimento elettrico di max 500 w, pertanto, ha la capacità di lavorare 365 giorni all'anno anche senza esposizione ai raggi solari. 

Vantaggi:

possibilità di beneficiare di acqua calda in qualunque situazione meteo; Possibilità di ottenere acqua fredda semplicemente provvedendo ad invertire il ciclo termodinamico Bassissimo consumo energetico per via della captazione di energia ambientale e solare, che fanno si che l'impianto produca fino a 10 volte l'energia consumata.

Incentivi al SOLARE TERMICO nel 2013

Nuovi incentivi alla produzione di acqua calda per uso sanitario tramite pannelli solari termici si aggiungono a quelli preesistenti. Si chiama CONTO TERMICO il nuovo sistema messo a punto dal Gse per remunerare coloro che decidono di installare un impianto con collettore solare, ma anche pompe di calore, termocamini alimentati a legna o pellet o altri sistemi di risparmio energetico.

Fino ad oggi gli unici incentivi disponibili erano legati alle detrazioni fiscali del 55%, vedi articolo. Le stesse sono state confermate fino al 30 giugno 2013, dopodichè passeranno al 36%. In pratica il 55% della spesa può essere detratto dividendolo in 10 anni per 10 rate uguali.

Il Conto Termico assomiglia un po' al Conto Energia dedicato alla produzione di energia elettrica tramite fotovoltaico. Si premia a seconda della quantità energia prodotta. Dato che però è difficile, anzi impossibile, quantificare quanta acqua calda si può produrre, si remunera a seconda della grandezza dell' impianto.

La formula è alquanto difficile. I tecnici che installeranno il sistema sapranno quantificare, per maggiori dettagli però si può consultare il decreto che disciplina tutti gli aspetti (d.m.del Ministero dello Sviluppo Economico del 28-12-2012, pubblicato in Gazzetta Ufficiale 2 gennaio 2013 num.1).

Possono usufruire degli incentivi (700 milioni di euro disponibili fino ad esaurimento fondi) sia amministrazioni pubbliche, condomini che privati cittadini. L'incentivo per il solare termico è di due anni, erogato in due differenti rate e mediamente copre il 60-70% della spesa sostenuta per un massimo di 50 mq di ampiezza del collettore solare. Incentivati anche i sistemi di solar cooling ovvero di raffreddamento tramite sole.

Incentivi non solo legati alla produzione di acqua calda ma anche all'isolamento termico per strutture opache e pareti perimetrali, sostituzione di caldaie con quelle a pompa di calore (aria-aria o aria-acqua) o camini a pellet, generatori di calore a condensazione, sistemi di ombreggiamento.

Installare i pannelli fotovoltaici su Frangisole e Tettoie

Non tutti dispongono dello spazio necessario per l'installazione dei pannelli fotovoltaici. Poniamo ad esempio di non avere un tetto, oppure che non sia esposto a sud. Aggiungiamo la mancanza di un giardino, possiamo ancora pensare di installare un impianto che sfrutti l'energia del sole? Dove poter mettere i moduli ed eventualmente guadagnare con gli incentivi del conto energia? La risposta è semplice, si possono sfruttare pensiline, frangisole e tettoie.

Si definiscono frangisole quei "dispositivi" che servono a "ombreggiare" finestre, porte finestre o vetrate. Per poter andar bene, ovvero per sfruttare gli incentivi alla produzione di energia elettrica, il frangisole (lunghezza totale dell' impianto) non deve essere lungo più del doppio dell' apertura delle finestre. Ad esempio, se abbiamo tre finestre da 60 cm l'una, il frangisole che è montato sopra non potrà essere più lungo di 3,6 metri (60x60x60 cx moltiplicato per 2). Nella prima foto ad esempio, risulta come l'impianto non sia IDONEO per accedere ai contributi del Gse perchè non sta ombreggiando nessuna finestra. Idoneo invece quello della seconda foto.

Si possono utilizzare anche Pensiline (terza foto), ovvero impianti realizzati come copertura di parcheggi o percorsi pedonali. Non rientrano in questa tipologia quelle strutture realizzate in ampi spazi aperti, anche con destinazione agricola, che risultano scollegate e non funzionali a strutture ad uso pubblico o ad edifici con qualsiasi destinazione d'uso. Devono avere una distanza minima dal suolo di 2 metri. In commercio Idea Energia propone delle pensiline per parccheggio auto o tettoie con moduli solari semplici da montare.

Oppure pergole, ovvero strutture di pertinenza di unità a carattere residenziale, atta a consentire il sostegno di verde rampicante su terrazzi, cortili o giardini, con una ridotta superficie di copertura in pianta. Non rientrano in questa tipologia specifica quelle strutture realizzate in ampi spazi aperti, anche con destinazione agricola, scollegati da edifici residenziali. Anche in questo caso i moduli devono avere una distanza minima dal pavimento di 2 metri.

Per maggiori informazioni: http://www.pannellifotovoltaicisolari.com/ e le direttive del Gse: http://www.gse.it/it/salastampa/GSE_Documenti/REGOLE_APPLICATIVE_DM_5_maggio_2011_25_06_2012_rev3.pdf

Raffreddare la Casa con i Pannelli Solari

I pannelli solari termici non vengono utilizzati solo per produrre acqua calda oppure in abbinamento agli impianti a pannelli radianti per riscaldare la casa ma anche per raffreddare la casa. Si chiama "solar cooling" la tecnica che affianca i pannelli ad una macchina frigorifera permettendo la produzione di freddo sotto forma dì acqua refrigerata o di aria condizionata a partire da una sorgente di calore, appunto i collettori termici.

L'acqua o l'aria calda prodotte dai collettori solari transita attraverso la macchina frigorifera, che le raffredda per poter refrigerare le zone dell edificio, attraverso un sistema di canalizzazioni o una una rete di distribuzione.

I vantaggi e i costi:

oltre ai vantaggi in termini di rendimento e abbattimento dei costi, che sono i medesimi del riscaldamento da impianto solare, il solar cooling permette di utilizzare l'acqua calda prodotta da impianti solari di medie e grandi dimensioni anche nel corso della stagione estiva. Raffreddandola, infatti, si evita che vada sprecata, sfruttando al meglio l'energia solare nel corso di tutte le stagioni, in modo da abbattere così i tempi di ammortamento dei costi che, essendo una tecnologia recente e ancora in fase di sviluppo, sono piuttosto elevati. 

Per un impianto di piccola taglia, fino a 25 chilowatt frigorifero (kWf) si può arrivare a un costo di circa 3.500-4.000 euro per kWf.

Il costo e le grandi dimensioni che ancora caratterizzano le macchine frigorifere (difficilmente si producono e installano apparecchi inferiori ai 20 kW) fanno sì che si tratti di sistemi centralizzati. Il solar cooling permette un notevole risparmio energetico che può essere conveniente in condomini con più di 30 famiglie.

In Trentino invece sono stati realizzati diversi edifici (vedi fonte) ad impatto zero che permettono di essere energeticamente autonome e di non consumare energia ricavata da fonti fossili. Si tratta di un asilo realizzato a Martignano ed una casa ad Arco.