Impianti Fotovoltaici

Caratteristiche e Dimensionamento degli Impianti Fotovoltaici Domestici
 

In questa pagina cerchiamo di fornirvi tutte le informazioni necessarie per dimensionare un impianto fotovoltaico domestico connesso alla rete elettrica. Inoltre parliamo anche delle possibilità di ottimizzare i consumi, facendo anche dei rimandi alle pompe di calore e alla loro integrazione con il fotovoltaico e parlando delle possibilità di accumulo dell’energia tramite batterie.

Per dubbi o osservazioni, potete madare una mail a [email protected], cercheremo di integrare le informazioni già riportate!

Perché Installare un Impianto Fotovoltaico Domestico

Installando un impianto fotovoltaico a casa nostra, possiamo risparmiare sui consumi di energia elettrica e nello stesso tempo possiamo fare bene all’ambiente, contribuendo a ridurre le emissioni di gas climalteranti e degli altri inquinanti emessi dalle centrali elettriche.

Il tempo di ritorno dell’investimento (TRI), per piccoli impianti domestici (potenza di 1 kWp – 3 kWp) è compreso fra 7 e 12 anni ed è tanto inferiore quanto maggiore è l’autoconsumo di energia elettrica.

Se consideriamo che un impianto fotovoltaico resta operativo per almeno 25 anni (i pannelli fotovoltaici hanno una garanzia di produzione dell’85%-80% dopo 25 anni), possiamo riconoscere che appena avremo raggiunto il TRI, grazie al fotovoltaico riusciremo a risparmiare molto sulle spese di energia elettrica.

Quanto appena detto, tiene conto anche dei costi di sostituzione dell’inverter (necessaria ogni 5-10 anni) e dell’eventuale smontaggio a fine vita dei pannelli fotovoltaici, il cui costo di recupero dei materiali è a carico del produttore o dell’importatore (Decreto Legislativo 49/2014 e Direttiva RAEE europea 19/2012/EU).

Com'è Fatto un Impianto Fotovoltaico Domestico Connesso alla Rete Elettrica?

Un impianto fotovoltaico domestico connesso alla rete elettrica è composto dai seguenti componenti: pannelli fotovoltaici, quadro di campo con sezionatore, inverter, quadro di protezione dell’uscita dell’inverter, contatore di produzione e contatore bidirezionale.

I pannelli fotovoltaici sono il cuore del sistema. I pannelli infatti convertono l’energia proveniente dal sole in energia elettrica, che viene inviata all’inverter sotto forma di corrente continua. L’inverter poi realizza la conversione dell’energia elettrica da continua ad alternata, rendendone possibile l’utilizzo nell’utenza elettrica di casa e l’immissione nella rete elettrica nazionale. Tra i pannelli fotovoltaici e l’inverter è presente un quadro di campo dotato di sezionatore, che permette di proteggere l’inverter da eventuali sovratensioni prodotte accidentalmente dai pannelli fotovoltaici. Allo stesso modo, tra l’inverter e il circuito a valle è presente un quadro di protezione che protegge l’inverter stesso da malfunzionamenti della rete a valle.

Dopo l’inverter, poi, sono presenti un contatore dell’energia elettrica prodotta e un contatore bidirezionale che misura l’energia immessa in rete e quella prelevata dalla rete. Grazie a questi contatori il nostro fornitore di energia elettrica può calcolare la spesa dell’energia da imputare nella bolletta elettrica e il Gestore dei Servizi Energetici (GSE) può calcolare il contributo in conto scambio con cui remunerare il proprietario dell’impianto.

Per maggiori informazioni su ciascuno dei componenti dell’impianto, potete leggere la descrizione riportata in questa pagina.

Per informazioni aggiuntive su come funziona un impianto fotovoltaico, potete consultare la scheda seguente, intitolata “Dall’energia del sole alla produzione dell’impianto fotovoltaico”.

Dall'energia del sole alla produzione dell'impianto fotovoltaico

La radiazione solare che colpisce la superficie terrestre ha una intensità che varia durante l’arco della giornata, così come nei diversi mesi dell’anno.

Conoscere l’intensità della radiazione solare è quindi importante, perché a partire da questa deriva la potenza istantanea prodotta dal nostro impianto fotovoltaico.

Infatti, quando diciamo di avere ad esempio un impianto fotovoltaico da 3 kWp di potenza, stiamo facendo riferimento a delle condizioni operative standard, caratterizzate da una radiazione solare di 1000 W/m2. In realtà, durante l’esercizio il nostro impianto fotovoltaico si troverà a lavorare con valori dell’intensità della radiazione solare ben diverse e quindi produrrà meno energia rispetto a quella ottenibile in condizioni standard.

La radiazione solare può essere distinta in radiazione diretta, radiazione diffusa e radiazione riflessa. Tipicamente i pannelli fotovoltaici lavorano al meglio con la componente diretta della radiazione solare, ma ci sono alcuni modelli, in particolare quelli a film sottile, che riescono a lavorare bene anche con la radiazione diffusa.

La radiazione solare può essere stimata attraverso formule matematiche abbastanza complesse, oppure può essere stimata a partire dai dati di radiazione solare e immagini satellitari di copertura nuvolosa ottenuti negli anni passati.

Per quanto riguarda la seconda opzione, su internet è possibile recuperare i dati di radiazione solare per le diverse città italiane facendo riferimento alternativamente al sito Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) della Commissione Europea, oppure  al sito relativo all’ atlante italiano della radiazione solare, realizzato dall’ENEA. Inoltre, a Pesaro l’Osservatorio Valerio effettua giornalmente la registrazione dei dati di radiazione solare, che vengono messi a disposizione su richiesta.

Ma come si passa dall’energia del sole all’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico?

Come abbiamo indicato nella pagina dedicata ai pannelli fotovoltaici, ciascun modulo fotovoltaico ha una propria efficienza di conversione dell’energia solare, indicata nella scheda tecnica di prodotto e riferita alle condizioni di test standard, che includono una radiazione solare di 1000 W/m2. Ad esempio, un pannello fotovoltaico con una efficienza del 15% riferita alle condizioni di test standard, produrrà 150 W. Come abbiamo detto poco fa, i valori di radiazione solare sono tipicamente inferiori a 1000 W/m2 e variano durante la giornata e durante i mesi dell’anno. Inoltre il modulo fotovoltaico ha una produzione inferiore all’aumentare della temperatura delle proprie celle. A questo occorre aggiungere che il nostro impianto fotovoltaico è costituito anche dal cosiddetto sistema di condizionamento della potenza, che incude l’inverter, una sezione di filtraggio delle armoniche di corrente iniettate in rete e un dispositivo di protezione di interfaccia lato carico, che introducono delle ulteriori inefficienze. Anche i cavi elettrici introducono delle inefficienze. Da ciò deriva la necessità di stimare che la potenza fornita al carico sia inferiore rispetto a quella prodotta dai pannelli, di una misura che, in linea con le ipotesi del PVGIS, possiamo assumere pari al 14%.

Per capire un po’ meglio quanto appena detto, abbiamo preparato questa pagina, dove si trovano i grafici e le tabelle relativi alla radiazione solare oraria e alla produzione di un impianto fotovoltaico da 1 kWp nei diversi mesi dell’anno.

Dimensionare l'impianto fotovoltaico per casa e senza batterie elettriche d'accumulo

Nel box iniziale dedicato al “Perché installare un impianto fotovoltaico domestico”, abbiamo descritto sinteticamente i vantaggi economici che si possono ottenere grazie a un impianto fotovoltaico, indicando un range di valori compreso fra 7 e 12 anni per il tempo di ritorno dell’investimento.

Proprio a proposito del range di valori e come già indicato, è importante considerare che l’impianto sarà tanto più conveniente quanto più riusciremo a massimizzare gli autoconsumi dell’energia prodotta e quanto più riusciremo ad allineare la quantità di energia immessa in rete con quella prelevata dalla rete.

Ipotizziamo ad esempio che i nostri consumi di casa siano pari a 2400 kWh/a. Ipotizziamo  inoltre che alle nostre latitudini un impianto fotovoltaico produca in media 1200 kWh/a per ogni kWp installato. Allora, ci converrà installare un impianto da 2 kWp, cercando di massimizzare gli autoconsumi.

Ma cerchiamo di capire meglio il tutto

Autoconsumare è importante perché ci permette di risparmiare da 0,20 euro a 0,26 euro per ogni kWh autoconsumato.

Inoltre, allineare la quantità di energia immessa in rete con quella prelevata dalla rete è un consiglio che vale nel caso in cui il nostro impianto operi in regime di Scambio Sul Posto con il Gestore dei Servizi Energetici (GSE). In particolare, nello scambio sul posto la rete elettrica opera come un accumulo virtuale, alla quale il nostro impianto può cedere l’energia in surplus non immediatamente autoconsumata e dalla quale può prelevare energia elettrica quando il fabbisogno domestico eccede la produzione da fotovoltaico.

Un articolo tratto da lamiacasaelettrica.it, spiega perché convenga allineare l’energia immessa in rete e l’energia prelevata dalla rete su base annua al fine di ottimizzare il contributo in conto scambio.

Inoltre, sul sito di fotovoltaiconorditalia.it, è possibile trovare un articolo che descrive in maniera chiara e semplice il funzionamento dello scambio sul posto e come si calcoli il contributo in conto scambio.

Al fine di ottimizzare gli autoconsumi, possiamo programmare la lavastoviglie e la lavatrice in modo che lavorino nelle ore centrali della giornata. Il motore di cui è dotata una lavatrice per fare girare il cestello consuma circa 100 W, mentre la resistenza impiegata per riscaldare l’acqua può arrivare anche a 1,6 kW e opera per circa 10-15 minuti (vedi qui). Situazione simile vale per la lavastoviglie.

In aggiunta, se disponiamo di una pompa di calore, possiamo aumentarne leggermente il carico di lavoro nelle ore centrali della giornata rispetto alla mattina presto e alla sera e, se la pompa di calore è dotata di accumulo per l’acqua calda, possiamo utilizzare l’energia del fotovoltaico per scaldare l’acqua da immagazzinare nell’accumulo per i successivi utilizzi (vedi la domanda “Quando e quanto conviene installare le pompe di calore” nella nostra pagina dedicata alle pompe di calore). 

Esempio di ritorno economico per un impianto fotovoltaico

In questo box riportiamo un esempio di calcolo molto semplice per il ritorno economico di un impianto fotovoltaico.

In particolare, riprendiamo l’ipotesi operativa indicata nel box precedente, “Dimensionare l’impianto fotovoltaico per casa e senza batterie elettriche d’accumulo”, relativa ad un impianto fotovoltaico da 2 kWp per un’abitazione che presenta un fabbisogno di energia elettrica di 2400 kWh/a.

Ipotizziamo che l’impianto fotovoltaico abbia un costo chiavi in mano di 4800 euro.

Di conseguenza, grazie alle detrazioni fiscali, potremo recuperare 240 euro all’anno dall’investimento.

Ipotizziamo inoltre di riuscire ad autoconsumare il 30% dell’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico, ovverosia 620 kWh/a, che, ad un costo di 0,20 euro/kWh, corrispondono ad un risparmio annuo di 124 euro.

A questo punto, ci manca da determinare il contributo in conto scambio previsto all’interno del meccanismo dello scambio sul posto per valorizzare l’energia scambiata con la rete elettrica, che tiene conto dell’energia immessa in rete e dell’energia prelevata dalla rete.

Avremo allora:

  • energia prodotta dall’impianto fotovoltaico 2400 kWh/a;
  • energia autoconsumata 620 kWh/a;
  • energia immessa in rete 1780 kWh/a;
  • energia prelevata dalla rete 1780 kWh/a;

In maniera simile a quanto riportato nell’articolo di fotovoltaiconorditalia.it, avremo che nel nostro caso il valore del contributo in conto scambio sarà:

Cs = 1780*0,07 + 1780*0,06 = 1780*0,13 = 231,4.

Per quanto riguarda i costi, ipotizziamo un costo di manutenzione ordinaria pari all’1% del costo di impianto e un costo di manutenzione straordinaria pari a 20 euro/kWp. Avremo quindi che i costi annui sono pari a 48+40 = 88 euro.

Il risparmio netto annuo dunque sarà:

240+124+231-88 = 407 euro

In questo caso dunque, il tempo di ritorno dell’investimento sarà di circa 12 anni.

Al riguardo, si consideri che abbiamo ipotizzato un costo di impianto relativamente elevato, ovverosia 4800 euro, che corrispondono a 2400 euro/kWp. Se avessimo considerato un costo di impianto di 4000 euro, il tempo di ritorno dell’investimento sarebbe stato di poco più di 9 anni e mezzo.

Costi più ridotti per il fotovoltaico si possono ottenere organizzando dei gruppi di acquisto cittadini per gli impianti.

Per finire, avremmo potuto ottimizzare ulteriormente gli autoconsumi, in modo da risparmiare maggiormente sull’energia autoconsumata, anticipando ulteriormente il ritorno dell’investimento.

Valutazioni analoghe si possono effettuare anche per impianti di maggiori dimensioni, ad esempio da 3 kWp, 6 kWp, 10 kWp, 20 kWp. Avere impianti più grandi offre il vantaggio di poter ottenere costi specifici (euro/kWp) inferiori. Quindi se il nostro fabbisogno energetico e le possibilità di autoconsumo giustificano gli impianti più grandi, il tempo di ritorno dell’investimento sarà minore.

Inoltre, nel caso degli impianti condominiali, si potranno suddividere le spese tra le famiglie favorevoli all’impianto. Queste famiglie devono rappresentare la maggioranza millesimale del valore del condominio.

Alcune informazioni sugli impianti fotovoltaici nei condomini

Contenuto in lavorazione

Il riferimento normativo relativo all’installazione di impianti fotovoltaici nei condomini sono gli articoli 1117-1139 del codice civile e più in particolare gli articoli 1120, 1122,1 1122-bis, 1136 e 1137.

In sintesi, un qualsiasi condomino può realizzare un impianto fotovoltaico e in base agli articoli 1122 e 1122-bis, l’assemblea non può impedire al singolo condomino di realizzare un impianto fotovoltaico ad uso personale, purché non rechi danni alle parti comuni e non rechi pregiudizio alla stabilità, alla sicurezza e al decoro architettonico dell’edificio. Al più l’assemblea con la dovuta maggioranza di cui al quinto comma dell’articolo 1136 può prescrivere adeguate modalità alternative di esecuzione o imporre cautele a salvaguardia della stabilità, della sicurezza e del decoro architettonico dell’edificio e ancora può ripartire il lastrico solare e le altre superfici comuni salvaguardando le diverse forme di utilizzo previste dal regolamento di condominio o comunque in atto, disponendo eventualmente che il condomino che vuole eseguire l’impianto si doti di idonea garanzia per i danni eventuali. Relativamente alla maggioranza di cui al quinto comma dell’articolo 1136, questa corrisponde alla maggioranza degli intervenuti e ai due terzi del valore dell’edificio.

Allo stesso tempo, è possibile realizzare un impianto fotovoltaico condominiale per soddisfare le esigenze energetiche comuni del condominio, tra le quali rientrano quelle relative all’utilizzo dell’ascensore e quelle relative ai citofoni, come anche quelle relative all’illuminazione, anche se quest’ultima interessa le ore notturne, momento in cui l’impianto fotovoltaico non produce energia. Al riguardo, secondo quanto disposto all’articolo 1120 del codice civile, l’assemblea deve essere convocata anche se uno solo dei condomini fa richiesta di installare detto impianto fotovoltaico. Dopodiché, affinche possa essere installato, è necessario che sia approvato dalla maggioranza degli intervenuti in assemblea, che rappresenti almeno la metà del valore dell’edificio. In tal caso, i non favorevoli possono decidere di non sostenere le spese di investimento nell’impianto, ma naturalmente non potranno beneficiare dei vantaggi economici ottenibili nel tempo grazie ad esso.

Installare un impianto fotovoltaico di tipo condominiale può risultare meno oneroso di un impianto singolo ad uso privato. Ad esempio, un impianto fotovoltaico da 3 kWp e 6’000 euro volto a soddisfare solo i consumi in standby presenti in un condominio con 20 famiglie può costare solo 300 euro a famiglia. Un impianto più grande, ad esempio da 10 kWp, presenterà costi unitari inferiori a 2’000 euro/kWp, anticipando il tempo di ritorno di investimento rispetto agli impianti più piccoli.

FAQ sugli impianti fotovoltaici

In questa sezione riportiamo alcune semplici FAQ per gli impianti fotovoltaici.

Per altre domande e informazioni, potete inviarci una mail all’indirizzo [email protected], provvederemo a caricare le risposte in questa sezione!

1. I costi per l’avvio a riciclo dell’impianto fotovoltaico sono a carico del proprietario?

No, come indicato nel primo box “Perché installare un impianto fotovoltaico domestico”, il costo del recupero dei materiali è a carico del produttore o dell’importatore. Al più il proprietario dovrà coprire le spese per il tecnico che smonterà l’impianto dal suo sito di installazione (es. tetto).

2. Quali garanzie hanno gli impianti fotovoltaici?

Le garanzie degli impianti fotovoltaici sono relative alle garanzie dei singoli componenti da cui sono formati. Ad esempio, i moduli fotovoltaici hanno una garanzia di prodotto contro i  difetti di fabbricazione che in genere vale 10 anni e hanno una garanzia di produzione che è pari a circa l’80%-85% dopo 20-25 anni. Tuttavia è molto importante leggere le garanzie specifiche relative ai singoli prodotti acquistati. Il più delle volte infatti per dimostrare la garanzia di produzione sono richieste procedure di test a livello di laboratorio molto costose, tali da non essere praticabili per gli impianti domestici (vedi qui).

Per quanto riguarda gli inverter, questi tipicamente hanno una garanzia di prodotto di 5 anni, talvolta estendibile a 10 anni.

3. Allo stato attuale e in assenza di incentivi, conviene installare delle batterie di accumulo elettrochimiche per il fotovoltaico? Sono più convenienti le batterie al piombo o le batterie al litio?

Allo stato attuale la scelta di installare delle batterie di accumulo per il fotovoltaico non risulta particolarmente vantaggioso dal punto di vista economico. Chi opta per questa soluzione deve essere quindi orientato piuttosto dalla necessità di disporre di soluzioni stand alone (non connesse alla rete elettrica) per soddisfare i fabbisogni energetici di casa. Ancorché costosa, questa soluzione si rivela particolarmente interessante nel caso in cui si voglia rendere la propria abitazione 100% elettrica.

Per quanto riguarda la scelta fra batterie al piombo e batterie al litio, occorre considerare che ciascuna di queste ha i propri vantaggi e svantaggi. Dal punto di vista economico, se da un lato le batterie al piombo risultano meno costose, il minor tempo di vita e la minor energia prodotta durante il ciclo di vita potrebbero renderle complessivamente più costose delle batterie al litio (vedi qui).

Riferimenti utili
– S. Castello et al, SICENEA (2006), “Progettare e installare un impianto fotovoltaico”;