PV-Anlage Guide - tutto quello che c'è da sapere sui sistemi fotovoltaici

Tutto quello che c'è da sapere sui sistemi fotovoltaici - dalla funzione alla storia, dai viaggi nello spazio alla pianificazione del proprio impianto fotovoltaico (PV-system).

Cosa fa un impianto fotovoltaico?

Un sistema fotovoltaico converte la luce solare incidente in elettricità. I suoi componenti più importanti sono i moduli solari in cui le celle solari sono collegate in serie o in parallelo. Questi moduli solari eseguono la conversione della radiazione solare in elettricità.

La piccola ma sottile differenza tra un impianto fotovoltaico e uno solare

I termini sistema fotovoltaico e sistema solare sono spesso erroneamente usati in modo intercambiabile. Un impianto solare è un sistema che converte l'energia solare in un altro tipo di energia - ma non necessariamente in elettricità. Oltre al sistema fotovoltaico, il sistema solare termico è quindi un altro che rientra nel termine sistema solare. Quest'ultimo converte l'energia solare in calore, che può poi essere utilizzato per il riscaldamento o l'acqua calda.

Come funziona una cella solare?

I componenti centrali di un sistema fotovoltaico sono i moduli solari con le loro celle solari. Le celle sono fatte di materiale semiconduttore. Quando le minuscole particelle fotoniche della luce solare colpiscono questo materiale, innescano un flusso di corrente. In questo modo, l'energia luminosa viene convertita in energia elettrica, o più precisamente: in elettricità, che tutti noi usiamo ogni giorno. Questo processo è chiamato processo fotoelettrico. La corrente risultante è una corrente continua. Può essere consumato direttamente, immagazzinato in una batteria o immesso nella rete elettrica pubblica. Tuttavia, poiché la maggior parte dei dispositivi elettrici e anche la rete elettrica richiedono corrente alternata, questa corrente continua deve ancora essere convertita in corrente alternata con l'aiuto dei cosiddetti inverter. Poiché la radiazione solare è sempre disponibile - indipendentemente da come viene utilizzata - l'elettricità solare appartiene al gruppo delle energie rinnovabili (conosciute anche come energie rigenerative).

Storia: dallo spazio al tetto attraverso la calcolatrice

Le prime celle solari provenivano dall'eccitante campo dei viaggi spaziali. Negli anni '50, sono stati utilizzati nella tecnologia satellitare per generare elettricità. Erano fatti di silicio e avevano un'efficienza del 10%. Sulla Terra, sono stati utilizzati per la prima volta negli esposimetri dei fotografi. Fino agli anni '70, tuttavia, le celle solari erano utilizzate principalmente nello spazio.

Ripensare la produzione di energia

La grave crisi petrolifera del 1973-74 e i tragici incidenti con i reattori nucleari di Harrisburg e Chernobyl portarono a un ripensamento della produzione energetica. Le energie rinnovabili sono venute alla ribalta per la prima volta e l'uso delle celle solari sulla terra è stato improvvisamente in discussione. Questo ha portato ad un aumento degli investimenti nella ricerca e nello sviluppo di celle solari in tutto il mondo negli anni '80.

Grazie agli sforzi fatti da allora ad oggi, l'efficienza delle celle solari al silicio è quasi raddoppiata. Mentre le prime celle solari erano ancora utilizzate per calcolatrici tascabili e altri piccoli dispositivi, oggi hanno una quota in costante aumento, attualmente il 7,4% della produzione totale di elettricità in Germania.

Potete trovare altre statistiche su Statista

Di cosa hai bisogno: Componenti del sistema fotovoltaico

• PV Sistema di montaggio
• Moduli solari con le loro celle solari
• Inverter solare
• Immagazzinamento dell'elettricità
• Cavi e connettori
• Contatore bidirezionale

Nessuna presa salda e sicura senza il sistema di montaggio PV

Per i sistemi di montaggio diPV , si distingue tra sistemi su tetto o in tetto e sistemi a morsettoo a inserimento. Ci sono anche sistemi corrispondenti per i tetti piani e per l'uso esterno. (vedi aree di applicazione). Per i sistemi su tetto, sono disponibili soluzioni adatte per ogni copertura del tetto - ad esempio per tegole, lamiera trapezoidale, lamiera aggraffata o Wellethernit.

Moduli solari: Un'unità composta da molte piccole celle

Imoduli solari sono composti da diverse celle solari. Questi sono di solito basati sull'elemento silicio. Altri materiali semiconduttori utilizzati per la produzione di celle solari sono il tellururo di cadmio (CdTe) e l'arseniuro di gallio (GaAs). Un interessante sviluppo recente sono le celle solari tandem, che sono combinate da diversi semiconduttori.

Le celle solari in silicio sono policristalline o monocristalline. Le celle solari monocristalline consistono in un singolo cristallo di silicio. Sono più costosi e più difficili da produrre, ma hanno una migliore efficienza fino al 20% e oltre. Le celle solari policristalline sono composte da diversi cristalli di silicio. Sono più economiche e facili da produrre, ma hanno un'efficienza significativamente inferiore, dal 12% al 16%, rispetto alle celle monocristalline.

Le celle a film sottile sono un altro tipo di cella solare usato frequentemente. Nella produzione, il materiale semiconduttore è depositato a vapore o spruzzato su un supporto. Questo supporto può essere fatto di metallo, plastica o vetro. Il semiconduttore è spesso silicio amorfo, diseleniuro di rame e indio (CIS) o tellururo di cadmio. Queste celle solari sono economiche da produrre, ma al 4-10% hanno un'efficienza molto più scarsa delle altre celle.

Gli inverter solari trasformano la corrente continua in corrente alternata

L'inverter solare converte la tensione DC del sistema PV in tensione AC. Ci sono inverter per sistemi collegati alla rete e per sistemi stand-alone, e si differenziano anche in base al numero massimo di moduli collegati in rete.

Un sistema off-grid è un sistema PV che non è collegato alla rete pubblica. Viene utilizzato, per esempio, come sistema di casa in aree remote, come sistema di giardino o come sistema in una casa mobile. Un sistema off-grid è sempre dotato di una batteria da cui l'inverter trae energia. L'ingresso dell'inverter stand-alone è quindi collegato alla batteria, l'uscita al consumatore. Tuttavia, diversi consumatori finali richiedono tensioni diverse. Pertanto, la tensione di uscita è regolata dall'inverter. Quando si acquista un inverter stand-alone, è necessario assicurarsi che la tensione massima di uscita sia sufficientemente grande per l'uso previsto dal cliente.

Esattamente un modulo solare può essere collegato a un inverter da modulo. Se ci sono diversi moduli, si devono usare anche diversi inverter per moduli. Questo ha senso se i singoli moduli hanno uscite molto diverse e sono orientati in modo diverso. Sono usati principalmente in piccoli sistemi.

Una o più stringhe di moduli solari che funzionano insieme in un inverter di stringa. A causa del loro buon rapporto qualità-prezzo, sono molto popolari per i sistemi di piccole e medie dimensioni.

Gliinverter multistringa sono usati principalmente nei sistemi più grandi. Diverse corde corrono insieme in esse. Diversi inseguitori MPP assicurano che ogni stringa rimanga sempre nel punto di funzionamento ottimale. MPP = Punto di massima potenza.

Nei grandi sistemi ci sono inverter centrali. Sono utili quando un gran numero di stringhe sono allineate nello stesso modo e hanno la stessa inclinazione.

Con un'unità di immagazzinamento dell'energia, il sistema si ripaga davvero

Nei sistemi stand-alone, gli accumulatori di elettricità servono a rendere l'utente indipendente dalla radiazione solare corrente. Queste unità di stoccaggio dell'elettricità sono di solito accumulatori, o batterie in breve. In passato, venivano prodotte principalmente come batterie al piombo, ma ora le batterie al titanato di litio sono più diffuse grazie alla loro migliore efficienza.

Nel caso di sistemi collegati alla rete, i sistemi di stoccaggio dell'elettricità servono ad aumentare la quota di autoconsumo di elettricità. Più alto è l'autoconsumo, più economico è il sistema PV, dato che la tariffa di alimentazione è relativamente bassa.

Cavi e spine per le giuste connessioni per i sistemi PV

Icavi e le spine fotovoltaiche costituiscono il collegamento tra i moduli solari e gli altri componenti del sistema PV. Dovrebbero essere di prima qualità e resistenti alle intemperie. Uno dei primi sistemi di connettori per le installazioni solari proveniva dalla società Multi-Contact, che ora appartiene al gruppo Stäubli Electrical Connectors. Tuttavia, il nome può ancora essere trovato nei popolari sistemi MC3 e MC4, tra gli altri.

Misuratore bidirezionale per la panoramica

Con un sistema collegato alla rete PV, è bene sapere quanta elettricità si sta immettendo nella rete pubblica. Per misurare questo, ci sono i cosiddetti contatori di alimentazione. D'altra parte, di solito si attinge anche elettricità supplementare dalla rete. Questo viene misurato dal contatore di acquisto. Invece di usare due contatori individuali, è consigliabile usare un contatore bidirezionale, che gli operatori di rete di solito affittano.

Sistemi fotovoltaici e loro utilizzo

Il tetto solare per una maggiore indipendenza dalla rete

Si fa una distinzione tra sistemi sul tetto e sistemi nel tetto. Con i sistemi su tetto, i moduli solari sono montati sul tetto della casa con l'aiuto di un telaio di montaggio. Nel caso di tetti inclinati, anche l'angolo di inclinazione può essere facilmente ottimizzato. Allo stesso tempo, è il modo più semplice e comune per installare un sistema PV. Diversi telai sono appositamente progettati per tetti in lamiera, tetti in tegole, tetti in ardesia e tetti in lamiera ondulata. Un altro vantaggio è la buona ventilazione posteriore dei moduli solari. È importante prestare attenzione alla resistenza alle intemperie dei materiali di montaggio. I tetti piatti di solito non hanno nessun angolo di inclinazione o solo un piccolo angolo di inclinazione. Pertanto, i moduli solari dovrebbero essere angolati di almeno 6° dal sistema di montaggio. Un'inclinazione fino a 13° è comune.

Con un sistema in-roof, i moduli solari sostituiscono le tegole del tetto. Da un lato, questo ha un aspetto migliore e, dall'altro, il sistema è più resistente alle intemperie. Tuttavia, l'installazione è più complessa e costosa. Anche il raffreddamento dei moduli solari è più complesso che con un sistema sul tetto e riduce l'efficienza di circa lo 0,5%. I sistemi in tegola sono adatti solo per i tetti in tegole che sono progettati come tetti inclinati con un'inclinazione relativamente grande, perché altrimenti l'efficienza è gravemente compromessa. Questa soluzione non è possibile per i tetti in lamiera o in bitume.

Mini sistemi per carport, garage, facciata e satelliti

Un sistema miniPV richiede solo uno o due metri quadrati di spazio. Questo lo rende ideale per un carport, la facciata o una casetta da giardino. È possibile produrre fino a 600 W di energia elettrica con un sistema così piccolo, a seconda dei moduli solari utilizzati. L'unica condizione tecnica è che il rispettivo tetto o facciata deve essere abbastanza stabile da sostenere il peso dei moduli solari più il sistema di montaggio. Tuttavia, in alcuni stati federali è necessario un permesso per un sistema PV sul carport o sul garage. Prima di acquistare il sistema PV, consultate per tempo la vostra autorità edilizia locale. Potete usare l'elettricità prodotta in questo modo per caricare la vostra auto elettrica, ibrida plug-in o simile. Naturalmente, potete anche utilizzare l'elettricità della vostra casa e ridurre così la vostra bolletta elettrica. Tuttavia, non si può produrre tutta l'elettricità per una famiglia su una superficie così piccola.

Impianto a terra (parco solare)

Un tetto non è un prerequisito per l'installazione di un sistema PV. Come fan di PV, avete certamente familiarità con le immagini impressionanti di enormi parchi solari. Anche qui, i sistemi di montaggio sono utilizzati per rendere possibile la generazione di energia all'aperto. Ci sono due sistemi di montaggio fondamentalmente diversi: il montaggio fisso e il sistema di inseguimento.

Installazione fissa PV-sistema

Con il montaggio fisso, un telaio in acciaio o alluminio viene avvitato su blocchi di cemento o ancorato nel terreno. L'inclinazione e l'orientamento dei moduli non possono essere cambiati dopo l'installazione.

Il sistema a terra con montaggio fisso ha diversi vantaggi rispetto a un sistema montato sul tetto:

• Di solito c'è più spazio disponibile.
• L'orientamento può essere scelto liberamente e non è dettato da un tetto.
• Questo significa che anche l'inclinazione può essere regolata quasi a piacere.
• Più superficie significa anche più moduli. Qui, vale anche la pena di usare moduli con un'efficienza inferiore, che sono più economici da procurare.

Sistemi di tracciamento

Nei sistemi a inseguimento, i moduli seguono l'orientamento del sole. Si fa una distinzione tra l'inseguimento su un solo asse e quello su due assi. Con l'inseguimento monoassiale, l'orientamento dei moduli cambia orizzontalmente o verticalmente a seconda della posizione del sole. L'inseguimento orizzontale segue la posizione del sole da est a ovest. Nell'inseguimento verticale, il modulo solare è rivolto a sud e ruota sopra l'orizzonte, a seconda dell'altezza del sole. Il tracking a doppio asse è una combinazione di tracking orizzontale e verticale.

Vantaggi del sistema di tracciamento:

• Il rendimento elettrico del sistema PV è significativamente più alto di quello di un'installazione fissa.
• Nella sola Europa centrale, l'aumento del rendimento attuale è del 20 % con il tracciamento ad asse singolo e del 30 % con il tracciamento a doppio asse.

Svantaggi del sistema di tracciamento:

• Vengono sostenuti costi di investimento più elevati.
• Il sistema richiede più manutenzione. Questo aumenta i costi operativi.
• Il sistema di tracciamento richiede di nuovo elettricità.

Impianto galleggiante PV

Una forma speciale di installazione esterna è il sistema galleggiante PV. Per questo, i moduli solari sono montati su galleggianti di plastica. I costi d'investimento sono dal 20 al 25 % superiori a quelli di un sistema convenzionale a terra su terreno.

Sistemi collegati alla rete pubblica

I sistemi collegati alla rete sono anche chiamati sistemi connessi alla rete. Portano il loro nome perché sono collegati alla rete elettrica pubblica. La maggior parte di tutti i sistemi installati PV sono sistemi collegati alla rete.

Sistemi autonomi non accoppiati

Ci sono anche impianti PV che non sono collegati alla rete pubblica. Come un'isola nel mare che non ha alcuna connessione con la terraferma, questi sono quindi definiti sistemi insulari. Poiché questo elimina anche la possibilità di immettere l'elettricità nella rete pubblica, questi sistemi sono di solito gestiti in combinazione con un sistema di stoccaggio dell'elettricità.

Come progettare un impianto fotovoltaico

Requisiti per l'uso di un sistema PV

Prima di iniziare a pianificare un impianto fotovoltaico, è necessario controllare i prerequisiti:

• Avete bisogno di un permesso di costruzione per l'impianto? Potete scoprirlo presso l'autorità edilizia locale.
• Il tetto è abbastanza robusto per un sistema PV?
• La radiazione solare è sufficiente per far funzionare il sistema in modo economico? Per rispondere a questa domanda, vale la pena dare un'occhiata alla "Mappa d'irradiazione del servizio meteorologico tedesco" (vedi Figura 3). In Germania, tuttavia, questo è il caso quasi ovunque.
• Come si presenta il finanziamento del sistema? Di quali sussidi si può approfittare? Puoi usare un motore di ricerca per trovare varie opzioni, per esempio dalla KfW Bank.

Quale sistema PV è quello giusto?

Prima di tutto, dovete decidere se volete un sistema montato sul tetto o un sistema montato a terra. Per un sistema sul tetto, sorgono le seguenti domande:

• In quale direzione della bussola è orientato il tetto?
• È un tetto a falde o piatto?
• C'è qualche ombra sulla superficie del tetto da parte di alberi o edifici circostanti?

Un tetto inclinato verso sud con un'inclinazione di circa 30° sarebbe l'ideale. Ma anche se il vostro tetto ha un'inclinazione tra 10°-60° ed è esposto a sud-est o sud-ovest, è ancora adatto per un sistema PV. Il rendimento è solo leggermente inferiore. Bisogna fare attenzione quando si abbattono grandi alberi per evitare l'ombreggiamento. Scoprite in anticipo se è permesso e quali misure compensative potreste dover prendere.

Per saperne di più sulla pianificazione di un sistema PV .

Supporto attraverso il software PV

Con il software fotovoltaico, gli impianti fotovoltaici possono essere progettati in modo ottimale per il rispettivo tetto e per i moduli e gli inverter utilizzati, e allo stesso tempo può essere scelta la migliore variante possibile del sistema di montaggio PV. Idealmente, il software PV offre le seguenti opzioni: pianificazione del design dell'inverter, calcolo del rendimento con aree di ombreggiamento ottimizzate e pianificazione delle stringhe.

Di quanti metri quadrati di impianto PV avete bisogno?

A seconda che vogliate coprire una parte o tutte le vostre esigenze, la quantità di moduli da utilizzare sarà diversa. Se ora vi state chiedendo quanti moduli devono essere installati per coprire il vostro fabbisogno energetico e se è disponibile un'area corrispondente, il seguente articolo vi aiuterà:

→ Come calcolare la vostra domanda per il vostro sistema PV

Lascia il montaggio e l'installazione ai professionisti

Dovresti assolutamente affidare il montaggio e l'installazione del tuo nuovo impianto fotovoltaico a un'azienda specializzata. In generale, non consigliamo ai dilettanti di lavorare da soli, poiché lavorare con l'elettronica è pericoloso e può mettere in pericolo sia voi che i vostri compagni. Inoltre, l'installazione impropria di solito annulla la garanzia per i componenti del sistema solare.

Potete aspettarvi questi costi

In generale, i grandi impianti PV sono un po' più economici nel prezzo per kWh rispetto agli impianti più piccoli:

• Per un piccolo tetto con una superficie di 25 m², i moduli costano 216 €/m² o l'intero sistema 5.400 €.
• Per un tetto di medie dimensioni con una superficie di 50 m², i moduli costano 180 €/m² o l'intero sistema 9.000 €.
• Per un grande tetto con una superficie di 72 m², i moduli costano 172 €/m² o l'intero sistema 12.900 €.

Fonte: www.solaranlagen-portal.com

Come far funzionare un impianto fotovoltaico

Pulizia: I moduli sporchi riducono le prestazioni

Un sistema PV è esposto a tutti i tipi di influenze ambientali 24/7, 365 giorni all'anno. A poco a poco si accumulano polvere, escrementi di uccelli, foglie che cadono, polline delle piante, ecc. Lo sporco tende ad accumularsi soprattutto nelle giunzioni tra il telaio e il vetro e non viene facilmente rimosso da pioggia e neve. Muschio o licheni possono anche stabilirsi lì. Questo significa che il sistema PV deve essere pulito a intervalli regolari. Dovreste farlo voi stessi solo se tutte le parti del sistema possono essere raggiunte con pali telescopici, ecc. senza arrampicarsi. Altrimenti, si dovrebbe lasciare questo lavoro alle aziende specializzate nella pulizia del fotovoltaico . I costi per questo variano da regione a regione. Calcolare con 1,00 € a 2,50 € per metro quadrato di superficie del modulo.

Per la pulizia, raccomandiamo acqua senza calce, un detergente non aggressivo e un panno o una spugna - senza elementi graffianti.

Assicurare il corretto funzionamento attraverso la manutenzione e l'assistenza

A questo scopo, è meglio stipulare un contratto di manutenzione con l'azienda che ha installato il sistema. Gli esperti conoscono già il vostro sistema e non devono familiarizzare con esso. La manutenzione comprende un'ispezione visiva dei moduli solari e un controllo dei collegamenti elettrici e degli inverter. I costi per questo vanno da 150 a 250 euro per una casa unifamiliare.

Assicurato con l'assicurazione

Dal momento che il vostro sistema PV è costantemente esposto alle influenze ambientali, l'assicurazione può valere la pena. I danni causati dalla grandine, dalla pioggia battente o dai fulmini possono verificarsi rapidamente. Ha quindi senso stipulare un'assicurazione adeguata per il vostro sistema PV.

Una buona polizza assicurativa dovrebbe coprire i seguenti rischi:

• Fuoco
• Tempesta
• Ave
• Pressione della neve
• Sovratensione
• Morsi di animali
• Furto
• negligenza grave

Chiarire se i pagamenti delle tasse sono dovuti

Se non si consuma tutta l'elettricità prodotta dal sistema PV, si diventa un imprenditore ai fini fiscali. La tariffa di alimentazione è il prezzo per kWh,
che la compagnia energetica vi paga per l'elettricità che immettete nella rete pubblica. La tariffa di alimentazione è quindi anche soggetta all'imposta sul reddito. Finché non guadagnate più di 22.000 euro all'anno con esso, potete richiedere l'esenzione IVA per le piccole imprese.

Se non lo fa, deve pagare l'IVA sia sull'elettricità che immette nella rete che su quella che consuma.

Gestione dell'energia: alimentazione della rete pubblica

Per immettere il tuo surplus di elettricità nella rete pubblica, hai bisogno di un contratto con il fornitore pubblico di energia. Di solito ti affittano anche un contatore di alimentazione o un contatore bidirezionale.

Più elettricità si consuma da soli, più il sistema PV è interessante dal punto di vista economico. La tariffa di alimentazione è significativamente più bassa del prezzo dell'elettricità che si deve pagare per l'elettricità che si acquista. Pertanto, di solito vale la pena acquistare un'unità di immagazzinamento dell'elettricità per superare i periodi con meno radiazione solare.

Dopo quanto tempo un sistema PV ripaga davvero

Secondo il Frauenhofer ISE, un impianto PV genera un ritorno sul capitale proprio di circa il 5%. Ma ogni sistema è diverso e dipende anche dal comportamento dell'operatore. L'importante è raggiungere il più alto autoconsumo di elettricità possibile attraverso l'uso dell'immagazzinamento delle batterie e/o il controllo intelligente.

Questo diventerà ancora più importante per il futuro, perché la tariffa di alimentazione secondo l'EEG è in costante diminuzione. In questo momento non è possibile valutare come si svilupperà poi la tariffa di alimentazione.

Dopo quanti anni un sistema PV è veramente utile (dopo l'ammortamento) dipende dai seguenti fattori:

• Costi di acquisizione
• rendimento elettrico previsto
• Quota di consumo proprio
• Importo della tariffa di alimentazione
• Sviluppo del prezzo dell'elettricità
• Costi di finanziamento
• imposta da pagare

Di regola, un impianto fotovoltaico si ripaga da solo dopo 9-12 anni. Con una durata di vita di almeno 20 anni, avete ancora un bel po' di anni a disposizione per realizzare un profitto.

Opportunità di finanziamento per il tuo nuovo impianto fotovoltaico

Sia per i nuovi edifici che per la modernizzazione di quelli esistenti, il KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) ha programmi di finanziamento per promuovere l'acquisto e l'installazione di sistemi fotovoltaici. Il finanziamento consiste in prestiti a basso interesse con uno, due o tre anni di avviamento senza interessi e termini fino a 20 anni.

Gli stati federali, i comuni e le città offrono anche programmi di finanziamento speciali per l'uso delle energie rinnovabili. Queste sovvenzioni possono anche consistere in sovvenzioni per i costi di investimento. Diverse banche e la KfW offrono anche speciali prestiti solari. La caratteristica speciale di questi prestiti è che la tariffa di alimentazione prevista è accettata come garanzia per i prestiti.