Come funziona un impianto fotovoltaico: guida completa

Il fotovoltaico rappresenta una delle soluzioni più efficaci e sostenibili per la produzione di energia elettrica, sfruttando una fonte inesauribile e pulita: il sole. Negli ultimi anni, l’interesse verso questa tecnologia è cresciuto esponenzialmente, sia a livello residenziale che industriale, grazie ai numerosi vantaggi economici e ambientali che offre. Ma come funziona esattamente un impianto fotovoltaico? Questa guida completa esplorerà i principi fondamentali, i componenti principali e il processo di conversione dell’energia solare in elettricità utilizzabile.

Il principio di base: l’effetto fotovoltaico

Al cuore di ogni impianto fotovoltaico c’è l’effetto fotovoltaico, un fenomeno fisico scoperto nel 1839 dal fisico francese Edmond Becquerel. Questo effetto si verifica quando un materiale semiconduttore, tipicamente il silicio, viene esposto alla luce solare. I fotoni (le particelle di luce) presenti nella radiazione solare colpiscono gli atomi del semiconduttore, liberando elettroni. Questi elettroni, una volta liberi, si muovono creando una corrente elettrica. In pratica, l’energia luminosa viene direttamente convertita in energia elettrica.

Componenti principali di un impianto fotovoltaico

Un impianto fotovoltaico è costituito da diversi componenti chiave che lavorano in sinergia per catturare l’energia solare e renderla disponibile per l’uso. I principali sono:

1. Moduli fotovoltaici (pannelli solari)

I moduli fotovoltaici, comunemente noti come pannelli solari, sono il cuore dell’impianto. Sono composti da celle fotovoltaiche, solitamente realizzate in silicio cristallino (monocristallino o policristallino) o in film sottile. Ogni cella è in grado di generare una piccola quantità di corrente elettrica. Più celle vengono collegate tra loro per formare un modulo, e più moduli vengono combinati per creare un impianto della potenza desiderata. I pannelli sono progettati per essere robusti e resistenti alle intemperie, garantendo una lunga durata operativa.

2. Inverter

L’energia prodotta dai moduli fotovoltaici è in corrente continua (CC), mentre la maggior parte degli apparecchi elettrici nelle abitazioni e nelle aziende funziona in corrente alternata (CA). L’inverter è il dispositivo cruciale che converte la corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata, rendendola utilizzabile per il consumo domestico o per l’immissione nella rete elettrica. Esistono diverse tipologie di inverter, tra cui gli inverter di stringa, gli ottimizzatori di potenza e i microinverter, ognuno con specifiche caratteristiche e vantaggi.

3. Strutture di supporto

Le strutture di supporto sono essenziali per fissare i moduli fotovoltaici in modo sicuro e con l’orientamento e l’inclinazione ottimali per massimizzare l’esposizione solare. Possono essere installate su tetti (integrati o non integrati) o a terra. La scelta della struttura dipende dal tipo di installazione e dalle caratteristiche del sito.

4. Quadri elettrici e cavi

I quadri elettrici contengono i dispositivi di protezione (interruttori, fusibili) necessari per garantire la sicurezza dell’impianto e proteggerlo da sovraccarichi o cortocircuiti. I cavi collegano tutti i componenti dell’impianto, trasportando l’energia dai moduli all’inverter e dall’inverter al quadro elettrico generale dell’edificio o alla rete.

5. Sistema di monitoraggio (opzionale ma consigliato)

Un sistema di monitoraggio consente di tenere sotto controllo le prestazioni dell’impianto in tempo reale, visualizzando dati come la produzione di energia, il consumo e l’eventuale immissione in rete. Questo permette di identificare tempestivamente eventuali anomalie o cali di rendimento e di ottimizzare l’utilizzo dell’energia prodotta.

6. Sistema di accumulo (batterie, opzionale)

Sempre più diffusi, i sistemi di accumulo, o batterie, permettono di immagazzinare l’energia elettrica prodotta in eccesso durante le ore di maggiore irraggiamento solare per utilizzarla quando l’impianto non produce (ad esempio, di notte o in giornate nuvolose) o quando il consumo è maggiore della produzione. Questo aumenta l’autoconsumo e riduce la dipendenza dalla rete elettrica.

Come funziona un impianto fotovoltaico: il processo

Il funzionamento di un impianto fotovoltaico può essere schematizzato in diverse fasi:

1. Cattura dell’energia solare: I moduli fotovoltaici, esposti alla luce del sole, assorbono i fotoni. Grazie all’effetto fotovoltaico, le celle al loro interno generano corrente continua (CC).
2. Conversione della corrente: La corrente continua prodotta dai pannelli viene inviata all’inverter. Qui, la CC viene convertita in corrente alternata (CA), la forma di energia utilizzata dalla maggior parte degli elettrodomestici e compatibile con la rete elettrica nazionale.
3. Utilizzo dell’energia: L’energia in corrente alternata può essere immediatamente utilizzata per alimentare i carichi elettrici dell’edificio (autoconsumo). Se la produzione supera il consumo, l’energia in eccesso può essere gestita in due modi:
   • Immissione in rete: L’energia non autoconsumata viene immessa nella rete elettrica nazionale. In Italia, questo processo è regolato da meccanismi come lo Scambio sul Posto o il Ritiro Dedicato, che permettono di valorizzare l’energia prodotta e non consumata.
   • Accumulo in batterie: Se l’impianto è dotato di un sistema di accumulo, l’energia in eccesso viene immagazzinata nelle batterie. Questa energia può essere prelevata e utilizzata in un secondo momento, ad esempio durante la notte o in giornate nuvolose, massimizzando l’autoconsumo e riducendo ulteriormente la dipendenza dalla rete.
4. Monitoraggio e ottimizzazione: I sistemi di monitoraggio permettono di tenere traccia della produzione e del consumo di energia, fornendo dati preziosi per ottimizzare l’uso dell’impianto e identificare eventuali problemi. Questo assicura che l’impianto funzioni sempre al massimo della sua efficienza.

Vantaggi di un impianto fotovoltaico

L’installazione di un impianto fotovoltaico offre una serie di benefici significativi, sia per i privati che per le aziende:

• Risparmio economico: Riduzione drastica o eliminazione delle bollette elettriche, grazie alla produzione autonoma di energia. L’investimento iniziale viene ammortizzato nel tempo, generando un risparmio considerevole.
• Sostenibilità ambientale: Utilizzo di una fonte di energia rinnovabile e pulita, che non produce emissioni di CO2 o altri inquinanti durante il funzionamento. Contribuisce alla lotta contro il cambiamento climatico e alla riduzione dell’impronta carbonica.
• Indipendenza energetica: Minore dipendenza dalle fluttuazioni dei prezzi dell’energia e dalle forniture esterne. L’autoconsumo e l’eventuale accumulo aumentano l’autonomia energetica.
• Valorizzazione dell’immobile: Un impianto fotovoltaico aumenta il valore di mercato dell’immobile, migliorandone la classe energetica e l’attrattiva.
• Incentivi e detrazioni fiscali: In Italia, sono disponibili diversi incentivi statali e detrazioni fiscali che rendono l’investimento nel fotovoltaico ancora più conveniente, riducendo i costi iniziali e accelerando il ritorno sull’investimento.
• Bassa manutenzione: Gli impianti fotovoltaici richiedono una manutenzione minima e hanno una lunga durata operativa, spesso superiore ai 25-30 anni.

In conclusione, un impianto fotovoltaico è una soluzione all’avanguardia per produrre energia in modo efficiente, economico e rispettoso dell’ambiente. Comprendere il suo funzionamento e i suoi componenti è il primo passo per apprezzarne appieno il potenziale e considerare questa tecnologia come un investimento strategico per il futuro energetico.