Progettazione di impianti solari fotovoltaici

Fonti rinnovabili negli edifici, risparmio energetico e il sistema edificio-impianto

Energia e contesto energetico - La radiazione solare - Teoria e tecnologia della conversione fotovoltaica - Dispositivi e sistemi fotovoltaici - Integrazione architettonica del solare fotovoltaico - Applicazioni speciali e criteri di allaccio - Dimensionamento degli impianti fotovoltaici - Aspetti economici del fotovoltaico

Gli argomenti trattati in questa guida mirano ad un approfondimento su temi quali le fonti rinnovabili negli edifici, il risparmio energetico e il sistema edificio-impianto.

Partendo dall’attività quotidiana di progettazione questo manuale ha come obiettivo quello di essere una guida pratica ed applicativa per i professionisti che operano nel settore dell’efficienza energetica degli edifici (ingegneri, architetti, geometri e periti) nei diversi step della progettazione, al fine di raggiungere i requisiti minimi di legge, applicare soluzioni tecnologiche e produrre elaborati tecnici.

La guida quindi analizza nel dettaglio gli aspetti normativi trasversali, sintetizzandoli al contempo in elenchi e tabelle di rapida consultazione, descrive con casi reali le metodologie di calcolo utilizzate per rendere più facile l’applicazione all’attività professionale quotidiana e fornisce casi studio che possono indirizzare i professionisti verso le scelte tecnologiche più opportune in relazione al tipo di edificio e alle sue condizioni al contorno.

NOTE SUL SOFTWARE INCLUSO

Il software incluso installa i seguenti contenuti:

• Fogli Excel per operare nell’ambito della progettazione di Impianti FV:

1. Foglio Excel per il dimensionamento elettrico moduli/inverter previa compilazione dei dati desunti dalle schede tecniche dei dispositivi previsti. È inoltre possibile dimensionare la sezione dei cavi in relazione alla lunghezza dei circuiti e alle perdite elettriche ammesse lato CC e lato AC.
2. Foglio Excel per il calcolo di produttività dell’impianto previa compilazione dei dati desunti dalle schede tecniche dei dispositivi previsti. Tale calcolo permette di valutare il PayBack dell’investimento e i benefici ambientali. È inoltre possibile la redazione di un’offerta economica chiavi in mano mediante un computo metrico dedicato.
3. Foglio Excel per l’analisi finanziaria dell’impianto previa compilazione dei dati relativi alla produzione unitaria, tassi d’interesse e costi previsti. Tale calcolo permette di valutare il PayBack dell’investimento insieme al Tasso di Rendimento Interno.

• Link ai siti web dei principali operatori del settore che mettono a disposizione software per il dimensionamento dei dispositivi.
• Glossario (termini più ricorrenti sull’argomento).
• FAQ (risposte alle domande più frequenti).
• Test base / Test avanzato (verifiche sulla conoscenza dell’argomento).

Requisiti hardware e software: Processore da 2.00 GHz; MS Windows Vista/7/8/10 (è necessario disporre dei privilegi di amministratore); MS .Net Framework 4 o vs. successive; 250 MB liberi sull’HDD; 2 GB di RAM; MS Excel 2007 e vs. successive; Accesso ad internet e browser web.

Autore
Jose Perfetto, libero professionista, Energy Manager e consulente esperto nella progettazione eco-compatibile di sistemi attivi e passivi utilizzanti fonti di energia rinnovabile. È fondatore dello studio Solardesign attraverso il quale svolge incarichi volti al miglioramento dell’efficienza energetica e alla generazione da fonte solare. Didatta in ambito accademico e professionale per Ordini e Operatori del settore, Enti pubblici ed Aziende, ha al suo attivo numerose pubblicazioni scientifiche, attività di ricerca e sviluppo delle nuove tecnologie ed applicazioni in ambito civile ed industriale.

Indice

Prefazione

1. ENERGIA E CONTESTO ENERGETICO
1.1. La domanda e le fonti di energia
1.2. Le energie rinnovabili
1.2.1. Definizione e classificazione
1.3. I sistemi solari attivi e passivi
1.3.1. Definizione dei sistemi solari
1.3.2. I sistemi solari passivi
1.3.3. I sistemi solari attivi
1.4. Il solare fotovoltaico: cenni storici

2. LA RADIAZIONE SOLARE
2.1. Potenza e costante solare
2.2. Irraggiamento extraterrestre
2.3. Irraggiamento solare al suolo
2.4. Diagramma delle traiettorie solari
2.4.1. I diagrammi polari
2.4.2. I diagrammi solari. Gli elementi principali
2.4.3. Applicazione dei diagrammi polari
2.5. Banche dati della radiazione solare: UNI 10349, ENEA e GIS

3. ASPETTI TEORICI DELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA
3.1. Effetto fotovoltaico
3.2. Caratteristiche della cella fotovoltaica
3.3. Curva caratteristica e parametri di qualità di una cella
3.4. Condizioni standard, STC (Standard Test Conditions)

4. TECNOLOGIA DELLA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA
4.1. Cenni costruttivi della tecnologia
4.2. Tipologia di cella in silicio monocristallino e policristallino
4.3. Tipologia di cella a giunzione multipla, a film sottile e tecnologie innovative
4.4. Tipologia costruttiva
4.5. Curva caratteristica V-I di un modulo fotovoltaico e relativi parametri elettrici
4.6. Configurazione elettrica dei dispositivi
4.6.1. Collegamenti in serie o in parallelo
4.7.  Parametri Elettrici di un modulo FV
4.7.1. Diodi di by-pass ed effetto hot-spot
4.7.2. Il fenomeno dell’hot-spot
4.8. Il modulo fotovoltaico standard e vetro/vetro

5. TIPOLOGIE E APPLICAZIONI
5.1. Applicazioni della tecnologia fotovoltaica
5.2. Impianti isolati dalla rete: componenti e criteri di dimensionamento, schemi di impianto
5.2.1. Caratteristiche principali
5.2.2. Il dimensionamento
5.2.3. Esempi di cablaggio
5.2.4. Approfondimento sulle batterie
5.2.5. Tipologie di supporto
5.2.6. Esempi di applicazione
5.2.7. Manutenzione dei sistemi isolati
5.3. Impianti collegati alla rete elettrica: componenti e criteri di dimensionamento, schemi di impianto
5.3.1. Caratteristiche principali
5.3.2. Dimensionamento della potenza di un impianto connesso in rete
5.3.3. Dimensionamento della potenza per prevalente autoconsumo
5.3.4. Il dimensionamento per area disponibile
5.3.5. Schemi elettrici

6. IL GENERATORE FOTOVOLTAICO: I DISPOSITIVI
6.1. Opzioni di collegamento di moduli fotovoltaici
6.2. Quadro di parallelo, di campo e manovra
6.2.1. Sequenza dei dispositivi
6.3. Inverter
6.3.1. I convertitori statici
6.3.2. Le verifiche
6.4. Quadro di interfaccia
6.5. Protezioni
6.5.1. Messa a terra del generatore fotovoltaico
6.5.2. Scelta della tensione degli SPD lato corrente continua nei sistemi fotovoltaici
6.6. Collegamento alla rete secondo la norma CEI 11-20
6.6.1. Il dispositivo generale (DG)
6.6.2. Il dispositivo di interfaccia (DDI)
6.6.3. Il dispositivo di generatore (DDG)
6.6.4. Il sistema di protezione di interfaccia (SPI)
6.7. Esempio di schema: impianto FV in parallelo alla rete elettrica di bassa tensione monofase e trifase

7. REALIZZAZIONE DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI
7.1. Le modalità di conduzione di un sopralluogo e di collaudo
7.2. Iter Autorizzativo
7.2.1. Procedura autorizzativa semplificata
7.2.2. Il Modello Unico
7.3. Vincoli paesaggistici, storici, architettonici
7.3.1. Paesaggistica
7.4. Componenti e modalità di montaggio
7.5. Gestione del cantiere e sicurezza
7.5.1. Fondamenti di sicurezza D.Lgs. n. 81/2008
7.6. Il collaudo
7.7. La manutenzione di un sistema solare fotovoltaico

8. INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEL SOLARE FOTOVOLTAICO
8.1. Le strutture di supporto
8.2. Il sistema ad inseguimento
8.3. Sistemi di integrazione del fotovoltaico su coperture, inclinate, piane, a risega, curve, facciate, frangisole, pensiline o tettoie
8.3.1. I sistemi integrati
8.3.2. La tegola fotovoltaica
8.3.3. I laminati fotovoltaici
8.3.4. Moduli fotovoltaici in sostituzione di superfici trasparenti degli edifici
8.3.5. Sistemi integrati a frangisole
8.3.6. Sistemi fotovoltaici integrati in facciata
8.4. Sistemi fotovoltaici di grandi dimensioni
8.4.1. Impianti fotovoltaici a terra: sistemi ad infissione diretta
8.4.2. Strutture a basamento

9. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
9.1. Criteri di dimensionamento per area, esposizione, consumi e riqualificazione energetica
9.1.1. Dimensionamento per area
9.1.2. Dimensionamento per consumi
9.2. Parametri di targa e configurazione moduli/inverter
9.2.1. Riepilogo
9.3. Layout di impianto
9.4. Configurazione e calcolo di un impianto da 3 kWp
9.4.1. Selezione dei moduli
9.4.2. Scelta dell’inverter
9.4.3. Scelta dei cavi
9.4.4. Verifica caduta di tensione
9.4.5. Dispositivi di manovra e protezione
9.5. Configurazione di un Impianto da 60 kWp
9.5.1. Scelta inverter
9.5.2. Scelta dei cavi
9.5.3. Verifica caduta di tensione
9.5.4. Quadro di parallelo inverter
9.5.5. Quadro generale
9.6. Configuratori per gli impianti fotovoltaici
9.6.1. Configurazione elettrica di impianto fotovoltaico collegato alla rete elettrica di distribuzione da 20 kWp

10. APPLICAZIONI SPECIALI E CRITERI DI ALLACCIO
10.1. Smart Grid e CEI 0-21
10.2. Sistemi FV Grid Connected e Storage
10.3. Simulazione del bilancio energetico
10.4. Scelta del sistema di accumulo
10.4.1. Dimensionamento
10.4.2. Dimensionamento in sintesi
10.5. Tipologie impiantistiche ammesse
10.5.1. I sistemi più diffusi oggi in commercio
10.5.2. I sistemi on grid post-produzione
10.5.3. I sistemi off grid
10.6. Le procedure necessarie
10.7. Normativa di riferimento

11. GLI ASPETTI ECONOMICI DEL FOTOVOLTAICO
11.1. Il mercato mondiale del fotovoltaico
11.2. Costo e vita dell’investimento
11.3. Il Business Plan
11.4. Simulazione di una valutazione finanziaria
11.4.1. Simulazione del Business Plan
11.4.2. Fotovoltaico e valutazioni finanziarie
11.4.3. Conclusioni
11.5. Altre forme di valorizzazione dell’energia da FV
11.5.1. La grid parity
11.6. Aspetti fiscali
11.6.1. Detrazioni fiscali

12. CASI STUDIO
12.1. Impianto da 4,5 kWp a servizio di una utenza privata
12.1.1. Composizione del sistema fotovoltaico
12.1.2. Cenni sul progetto esecutivo
12.1.3. Strutture di supporto
12.1.4. La fase realizzativa
12.1.5. Collaudi finali
12.2. Impianto da 20 kWp a servizio di una scuola
12.2.1. Descrizione dell’impianto fotovoltaico
12.3. Impianto da 100 kWp a servizio di un’azienda
12.3.1. Descrizione degli impianti
12.3.2. Produzione energetica stimata
12.3.3. La fase realizzativa
12.3.4. Collaudi finali
12.4. Impianto da 1 MWp a terra
12.4.1. Progettazione ed autorizzazioni
12.4.2. Valutazione finanziaria
12.4.3. Strutture di supporto moduli
12.4.4. La fase realizzativa
12.4.5. Quadri ed organizzazione lato corrente continua

BIBLIOGRAFIA

INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO
Note sul software incluso
Requisiti hardware e software
Download del software e richiesta della password di attivazione
Installazione ed attivazione del software