Un sistema di alimentazione fotovoltaica collegato alla rete o un impianto fotovoltaico collegato alla rete è un sistema di generazione di energia solare fotovoltaica che viene collegato alla rete elettrica.Un impianto fotovoltaico collegato alla rete è costituito da pannelli solari, uno o più inverter, un’unità di condizionamento dell’energia e apparecchiature per la connessione alla rete. Si va dai piccoli sistemi per tetti residenziali e commerciali alle grandi centrali elettriche solari. A differenza dei sistemi di alimentazione stand-alone, un sistema collegato alla rete include raramente una soluzione di batteria integrata, in quanto sono ancora molto costosi. Quando le condizioni sono giuste, l’impianto fotovoltaico collegato alla rete fornisce la potenza in eccesso, oltre il consumo dal carico collegato, alla rete pubblica.

Componenti di un sistema di energia solare
Un sistema di energia solare costituito da pannelli solari, un sistema di montaggio, cablaggio, un inverter e un collegamento alla rete elettrica tramite un chilowattora.

Pannelli solari
La parte più visibile di un sistema di energia solare collegato alla rete sono i pannelli solari. Questi catturano la luce e la convertono in corrente continua.

montaggio
I sistemi di energia solare possono essere montati in modi diversi. Su tetti spioventi, su tetti piani, a terra, sul tetto o con un sistema di tracciamento del sole (e il cosiddetto inseguitore). Devi sempre guardare il vento e il carico di neve. Se questi non vengono calcolati correttamente, un sistema di energia solare può guastarsi o addirittura collassare con forti venti o neve pesante. La maggior parte dei sistemi di montaggio è in alluminio.

Quando è montato su un tetto piano, viene posizionata una struttura di supporto separata su cui sono montati i pannelli, rivolti verso il sole. La forma di montaggio più utilizzata nei Paesi Bassi e in Belgio è montata su un tetto inclinato. L’installazione di energia solare è installata direttamente o sul tetto. Con una cosiddetta “installazione sul tetto”, le tegole non sono più installate, ma i pannelli solari stessi fanno parte del tetto. Una tale costruzione ha un valore estetico più elevato, ma gli inconvenienti sono che il montaggio su un tetto esistente richiede più lavoro, che c’è meno flusso di aria di raffreddamento intorno ai pannelli, quindi l’efficienza diminuisce e quella sostituzione a volte è un problema se più recente gli articoli hanno dimensioni diverse ..

I pannelli solari possono anche essere montati direttamente a terra su una costruzione indipendente.A causa del regime fiscale sfavorevole e del prezzo del terreno relativamente alto, questa forma non viene spesso utilizzata nei Paesi Bassi.

In un sistema di inseguimento del sole, i pannelli solari seguono il percorso del sole. Per questo, i pannelli solari sono montati su un dispositivo che li mantiene in modo ottimale diretto verso il sole.Tale sistema ha un rendimento maggiore ma è più costoso da acquistare e più suscettibile di malfunzionamenti.

Inverter
L’inverter converte la tensione CC dai pannelli solari alla corrente alternata di, ad esempio, 230 o 110 volt che possono essere immessi nella rete.

operazione
I sistemi di tetti residenziali collegati alla rete che hanno una capacità superiore a 10 kilowatt possono soddisfare il carico della maggior parte dei consumatori. Possono alimentare l’eccesso di energia alla rete dove viene consumato da altri utenti. Il feedback viene effettuato tramite un misuratore per monitorare la potenza trasferita. Il wattaggio fotovoltaico può essere inferiore al consumo medio, nel qual caso il consumatore continuerà ad acquistare energia della rete, ma una quantità inferiore rispetto al passato. Se il wattaggio fotovoltaico supera sostanzialmente il consumo medio, l’energia prodotta dai pannelli sarà molto superiore alla domanda. In questo caso, la potenza in eccesso può generare entrate vendendola alla rete. A seconda del loro accordo con la propria società energetica locale, il consumatore deve solo pagare il costo dell’elettricità consumato meno il valore dell’elettricità generata. Questo sarà un numero negativo se viene generata più elettricità di quella consumata. Inoltre, in alcuni casi, gli incentivi in ​​denaro sono pagati dal gestore di rete al consumatore.

Il collegamento del sistema fotovoltaico può essere effettuato solo attraverso un accordo di interconnessione tra il consumatore e la società di servizi. L’accordo descrive i vari standard di sicurezza da seguire durante la connessione.

Caratteristiche
L’energia solare raccolta da pannelli solari fotovoltaici, destinati alla consegna in una rete elettrica, deve essere condizionata o elaborata per l’uso da un inverter collegato alla rete. Fondamentalmente, un inverter cambia la tensione di ingresso CC dalla tensione PV alla tensione CA per la rete. Questo inverter si trova tra il pannello solare e la griglia, trae energia da ciascuno di essi e può essere una grande unità autonoma o può essere una raccolta di piccoli inverter, ciascuno fisicamente collegato a singoli pannelli solari. Vedi modulo AC. L’inverter deve monitorare la tensione di rete, la forma d’onda e la frequenza. Una ragione per il monitoraggio è che se la rete è morta o si allontana troppo dalle sue specifiche nominali, l’inverter non deve passare nessuna energia solare. Un inverter collegato a una linea elettrica malfunzionante si disconnetterà automaticamente in base alle norme di sicurezza, ad esempio UL1741, che variano in base alla giurisdizione. Un altro motivo per il monitoraggio dell’inverter della rete è che, per il normale funzionamento, l’inverter deve sincronizzarsi con la forma d’onda della griglia e produrre una tensione leggermente superiore alla griglia stessa, in modo che l’energia possa fluire senza intoppi dall’array solare.

Opzioni di connessione
La produzione può essere utilizzata in diversi modi:

Autoconsumo totale
La produzione elettrica viene consumata sul posto dagli apparecchi in funzione (autoconsumo). Se la produzione istantanea supera il consumo istantaneo, l’eccedenza viene iniettata nella rete senza essere contata;

Conteggio reversibile
La produzione elettrica viene consumata sul posto dagli apparecchi in funzione (autoconsumo). Se la produzione istantanea supera il consumo istantaneo, l’eccedenza viene iniettata nella rete e fa ritornare il contatore elettrico (capovolto, per i misuratori elettromeccanici). Questa soluzione non è più utilizzata perché incompatibile con i nuovi contatori elettronici;

Iniezione del surplus
La produzione elettrica consumata sul posto dalle apparecchiature in funzione (autoconsumo) non viene conteggiata dal contatore di produzione, ma riduce il conteggio dei consumi. Viene venduto solo l’eccedenza della produzione rispetto al consumo istantaneo;

Iniezione della totalità
Tutta la produzione viene iniettata nella rete e venduta. Un punto di diramazione specifico per la produzione viene quindi creato dal gestore di rete. Tutto il consumo è anche rappresentato dal contatore del consumo esistente, come in tutti gli edifici collegati alla rete.

Procedure amministrative
Sono obbligatori e devono formalizzare la connessione alla rete di un impianto di produzione fotovoltaico. La pesantezza e il cambiamento incessante di questi approcci sono un grosso ostacolo allo sviluppo dei mercati nazionali di alcuni paesi (Italia, Francia).

Anti-isola
L’isola è la condizione in cui un generatore distribuito continua a alimentare una posizione anche se non è più presente la potenza della rete elettrica. L’isola può essere pericolosa per i lavoratori del settore, che potrebbero non rendersi conto che un circuito è ancora alimentato, anche se non c’è energia dalla rete elettrica. Per questo motivo, i generatori distribuiti devono rilevare l’isolamento e interrompere immediatamente la produzione di energia; questo è indicato come anti-islanding.

Nel caso di un blackout di rete in un impianto fotovoltaico collegato alla rete, i pannelli solari continueranno a fornire energia fino a quando il sole splende. In questo caso, la linea di rifornimento diventa una “isola” con il potere circondato da un “mare” di linee non alimentate. Per questo motivo, gli inverter solari che sono progettati per fornire energia alla rete sono generalmente richiesti per avere circuiti automatici anti-islanding in essi. Nell’isolamento intenzionale, il generatore si disconnette dalla rete e forza il generatore distribuito ad alimentare il circuito locale. Questo è spesso usato come sistema di backup di potenza per edifici che normalmente vendono il loro potere alla rete.

Esistono due tipi di tecniche di controllo anti-isola:

Passiva: la tensione e / o la variazione di frequenza durante il guasto della rete viene misurata e viene utilizzato un circuito di feedback positivo per spingere la tensione e / o la frequenza più lontano dal suo valore nominale. La frequenza o la tensione potrebbero non cambiare se il carico corrisponde molto bene con l’uscita dell’inverter o se il carico ha un fattore di qualità molto alto (reattivo al rapporto di potenza reale). Quindi esiste una zona di non rilevamento (NDZ).

Attivo: questo metodo impiega a iniettare qualche errore in frequenza o tensione. Quando la rete non funziona, l’errore si accumula e spinge la tensione e / o la frequenza oltre l’intervallo accettabile.

Aspetti tecnici
Il proprietario del sistema, in primo luogo il beneficiario del prodotto elettrico
L’elettricità sempre prende in prestito preferenzialmente il percorso di minor resistenza elettrica. Il proprietario del sistema, indipendentemente dal fatto che gli elettrodomestici siano in funzione a casa o i suoi vicini più prossimi, riceve a priori una quota significativa (ma non esclusiva) dell’energia prodotta, senza un’influenza significativa della presenza o dell’assenza di un contatore elettrico sul modo. Interviene solo la (modesta) resistenza del contatore. D’altra parte, la scelta dell’opzione di iniezione sulla rete non interviene.

Standard di installazione e connessione vari
Esistono standard più o meno rigorosi a seconda del paese. La maggior parte degli inverter venduti in Europa sono progettati per soddisfare gli standard tedeschi e i requisiti di connessione, a causa dello sviluppo del fotovoltaico connesso in Germania. Questi standard e requisiti sono stati spesso adottati dagli operatori di rete di altri paesi europei. Per gli impianti fotovoltaici collegati alla rete, gli inverter devono essere conformi alla DIN VDE 0126 1.1 (Germania, Francia …) o essere certificati da un laboratorio riconosciuto (Regno Unito, G77). Per quanto riguarda i moduli fotovoltaici, le norme da rispettare in Francia sono le seguenti: IEC 61215 (tipo cristallino) e IEC 61646 (tipo a film sottile).Per il dimensionamento dei componenti, è necessario distinguere la parte continua CC (a monte dell’inverter) e l’alternatore CA (a valle dell’inverter). I testi in vigore sono la guida di UTE C15-712-1 per la parte CC e lo standard francese NF C 15-100 per la parte CA 2.

Manutenzione di un sistema connesso alla rete
L’impianto fotovoltaico collegato alla rete è il sistema di energia rinnovabile più facile da utilizzare, poiché non è necessaria alcuna manutenzione preventiva. L’iniezione dell’elettricità prodotta sulla rete e l’erogazione del consumo del sito vengono eseguite automaticamente. Ad eccezione di un sito industriale fumoso o polveroso, la pulizia dei sensori viene effettuata naturalmente dal vento e dalla pioggia. Un semplice monitoraggio può rilevare possibili guasti del sistema. Tuttavia, è necessario prevedere la sostituzione dell’inverter che ha in media una durata di servizio da 8 a 12 anni.

vantaggi
I sistemi come Net Metering e Feed-in Tariff offerti da alcuni gestori di sistema possono compensare i costi di utilizzo dell’elettricità dei clienti. In alcune località, tuttavia, le tecnologie di rete non possono far fronte alla generazione distribuita nella rete, quindi l’esportazione di elettricità in eccesso non è possibile e il surplus è collegato a terra.

I sistemi FV collegati alla rete sono relativamente più facili da installare in quanto non richiedono un sistema di batterie.

L’interconnessione di rete di sistemi di generazione di energia fotovoltaica (PV) ha il vantaggio di un utilizzo efficace della potenza generata perché non sono coinvolte perdite di stoccaggio.

Un sistema di energia fotovoltaica è negativo al carbonio per tutta la sua durata, poiché qualsiasi energia prodotta oltre a quella per la costruzione iniziale del pannello compensa la necessità di bruciare combustibili fossili. Anche se il sole non splende sempre, qualsiasi installazione offre una riduzione media ragionevolmente prevedibile del consumo di carbonio.

svantaggi
Il fotovoltaico collegato alla rete può causare problemi con la regolazione della tensione. La rete tradizionale opera sotto l’assunzione di un flusso unidirezionale o radiale. Ma l’elettricità immessa nella rete aumenta la tensione e può guidare livelli al di fuori della larghezza di banda accettabile di ± 5%.

Il fotovoltaico collegato alla rete può compromettere la qualità dell’alimentazione. La natura intermittente del fotovoltaico implica rapidi cambiamenti di tensione. Questo non solo logora i regolatori di tensione a causa di frequenti regolazioni, ma può anche provocare uno sfarfallio della tensione.

Il collegamento alla rete pone molte sfide legate alla protezione. Oltre all’isolamento, come menzionato sopra, i livelli troppo elevati di FV collegati alla rete causano problemi come la desensibilizzazione dei relè, lo sgancio fastidioso, l’interferenza con i richiusori automatici e la ferroresonanza.

Aspetti economici

Costo dei sistemi
Il prezzo complessivo di un impianto fotovoltaico dipende da:

di un possibile studio preliminare (assemblea legale atipica, sistemi medi o grandi)
il tipo di equipaggiamento e le condizioni di installazione;
connessione di rete;
interessi di prestito, ove applicabile.
Il prezzo dell’attrezzatura dipende principalmente dalle dimensioni del sistema e dalla sua integrazione nell’edificio.

Prezzo materiale e installazione inclusi:

Energia	Installazione a pavimento o sul tetto	Integrazione del tetto, semplice	integrazione del vetro, piastrelle fotovoltaiche …
Da 1 a 3 kWp	5 a 7 € / Wc	5 a 7 € / Wc	> 7 € / Wc
Da 3 a 10 kWp	3,5 a 5 € / Wc	3,5 a 5 € / Wc	> 5 € / Wc
da 10 kWp a 36 kWp	Da 3 a 5 € / Wc	3,5 a 5 € / Wc	<10 € / Wc
da 36 kWp a diversi MW	2 a 4 € / Wc	Da 3 a 4,5 € / Wc	<7 € / Wc

tempo di ritorno
I costi totali dei pannelli solari comprendono l’acquisto, l’ammortamento, gli interessi sui prestiti, il collocamento, la manutenzione, l’assicurazione e, eventualmente, la licenza e il sussidio. Il tempo di ritorno dell’investimento dipende dalla posizione dei pannelli solari, dal metodo di assemblaggio e dallo sviluppo del prezzo dell’elettricità. Il periodo di ammortamento per i pannelli solari fotovoltaici sta gradualmente diminuendo. Se montato direttamente a sud su un tetto di tegole, quest’anno il 2015 sarà di circa 7 anni allo stesso prezzo dell’elettricità.

Permesso
A volte è necessario richiedere un’autorizzazione per l’installazione di pannelli solari. Questo è il caso, ad esempio, di viste e / o monumenti protetti di villaggi o città.

Prezzo dell’energia
In media, un picco di watt (Wp) di un pannello solare cristallino costa circa 1 euro (escluso il montaggio). 100 Wp produce circa 70 – 90 kWh all’anno di energia nei Paesi Bassi, a seconda della posizione, dell’angolo del tetto, della quantità di ombra e del tipo di pannello solare. Il calcolo si basa sul fatto che i pannelli solari forniscono energia che non devono acquistare dalla compagnia elettrica.La compagnia elettrica costa circa 0,20-0,23 euro per kWh (nel 2013). Se a conti fatti si genera più elettricità di quanto necessario, questo può essere venduto alla compagnia elettrica per la commissione di immissione di circa 0,05-0,09 euro per kWh, che è molto meno redditizio.

Incentivi fiscali
Molti governi europei hanno scelto di incoraggiare l’energia solare a fini fiscali.

IVA sui pannelli solari
A causa della sentenza Fuchs, dal 20 giugno 2013 è stato possibile richiedere l’IVA pagata sui pannelli solari dalle autorità fiscali.

Bilancio energetico
Anche la produzione di pannelli solari richiede energia. La misura è espressa nel momento in cui questa energia viene generata. Questo è chiamato il bilancio energetico e in Belgio e nei Paesi Bassi è tra 1 e 2 anni.

Remunerazione per la produzione di energia elettrica immessa nelle reti
Esistono diversi tipi di remunerazione in base alle scelte politiche dei diversi paesi.

quote
“Certificati verdi” e “garanzie di origine”. I kilowattora prodotti sono pagati vendendo “certificati verdi” o “garanzie di origine” alle organizzazioni che ne hanno bisogno.

Prezzo d’acquisto
(in inglese Feed in Tariff, o FIT) i kilowattora sono pagati con una tariffa di acquisto, il cui livello è stabilito dallo Stato o dal compratore, secondo la legislazione del paese o dello Stato. In Francia, il decreto del marzo 2011 prevede una revisione trimestrale dei prezzi di acquisto per l’energia fotovoltaica. Queste tariffe sono rese pubbliche dalla Commissione per la regolamentazione dell’energia (CRE), che viene caricata dal governo con la deliberazione dei coefficienti S e V che determinano la tariffa incentivante. Da marzo 2011, il prezzo di acquisto può cambiare ogni trimestre a seconda in particolare del numero di richieste di connessione alla rete. Poiché tali tassi sono superiori ai prezzi di mercato, gli operatori soggetti all’obbligo di acquisto sono compensati per il costo aggiuntivo con un sovrapprezzo applicato a tutti i kWh fatturati: il CSPE.

Redditività dei sistemi
Questi sistemi non sono di per sé “redditizi” a livello della comunità nel suo insieme se si prendono in considerazione solo i costi finanziari, dal momento che l’elettricità prodotta è più costosa di quella prodotta da altri sistemi di generazione di elettricità (comprese le energie rinnovabili: il vento, termodinamica solare, ecc.), a causa degli elevati costi di investimento dovuti al prezzo ancora elevato dei moduli fotovoltaici, ma l’attuale politica di supporto consente di abbassare i costi in modo che questa energia pulita diventi redditizia (ciò che sarà facilitato dall’inevitabile aumento di il costo dei combustibili fossili).

Tuttavia nel 2010, grazie a sussidi diretti o indiretti, una struttura può essere molto redditizia per il suo proprietario. Una struttura installata nel 2008 e nel 2009 nel sud della Francia ha generato rendimenti superiori al 12%; per esempio, un impianto nel sud della Francia costava 7 euro per watt-picco alla posa prodotta nell’anno 1,4 kWh, pagato € 0,601 76 / kWh (€ 0,58 / kWh nel 2010), quasi il doppio del prezzo di acquisto tedesco , senza rischi (la luce del sole varia poco, il materiale è molto affidabile e il prezzo di acquisto è garantito).

Perpignan è, nel 2011, la città che ospita il più grande impianto fotovoltaico al mondo integrato agli edifici (escluse le centrali solari fotovoltaiche); Il sito internazionale Saint-Charles comprende 97.000 pannelli fotovoltaici su 68.000 m2 di copertura. Produce più di 9800 MWh all’anno (abbastanza per alimentare una città con più di 8000 abitanti in elettricità).